IT202000006031A1 - FLUID DEVICE FOR ANALYSIS OF BODIES AND RELATIVE METHOD - Google Patents

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particle
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Simone Bonetti
Domenico Andrea Cristaldi
Riccardo D'alpaos
Daniele Gazzola
Francesco Musmeci
Azzurra Sargenti
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Celldynamics I S R L
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Description

DESCRIZIONE del brevetto per invenzione industriale avente per titolo DESCRIPTION of the patent for industrial invention having as title

DISPOSITIVO FLUIDICO PER ANALISI DI CORPUSCOLI E RELATIVO METODO FLUID DEVICE FOR ANALYSIS OF BODIES AND RELATIVE METHOD

L?invenzione qui descritta presenta un dispositivo e relativo metodo per la misura di densit? di massa, peso, dimensioni e forma di corpuscoli come microsfere, cellule, sferoidi ed organoidi. In particolare, l?architettura del dispositivo ? atta alla misura di corpuscoli aventi una dimensione compresa tra l?uno ed i cinquemila micrometri. The invention described here presents a device and relative method for measuring density. mass, weight, size and shape of corpuscles such as microspheres, cells, spheroids and organoids. In particular, the architecture of the device? suitable for the measurement of corpuscles having a size between one and five thousand micrometers.

La raccolta di informazioni dettagliate su tali parametri pu? avere un impatto importante in applicazioni industriali e/o di ricerca riguardanti ambiti quali la farmacologia, la biologia cellulare, l'agroindustria, i settori alimentari ed ambientali. Questa crescente esigenza ? imputabile al massivo utilizzo di singole cellule e di aggregati cellulari su un?ampia gamma di applicazioni biomedicali. The collection of detailed information on these parameters can? have an important impact in industrial and / or research applications in fields such as pharmacology, cell biology, agro-industry, food and environmental sectors. This growing need? attributable to the massive use of single cells and cellular aggregates on a wide range of biomedical applications.

In particolare, le cellule mostrano spesso variazioni pi? accentuate sulla densit? di massa piuttosto che sulle dimensioni, e l?ottenimento di dati affidabili su valori di questo tipo rappresenta una sfida da superare. La determinazione di tali valori, pu? quindi fornire un efficace mezzo di analisi per monitorare le risposte cellulari a stimoli esterni, quali farmaci e cambiamenti ambientali. Inoltre, ottenere informazioni simultanee sul volume del corpuscolo e sulla densit? di massa permette la correlazione con le attivit? biologiche, e l?ottenimento di importanti informazioni. Tra queste vi sono il livello di organizzazione e vitalit? della popolazione cellulare all'interno di un aggregato cellulare. In particular, the cells often show larger variations. accentuated on the density? mass rather than size, and obtaining reliable data on such values is a challenge to overcome. The determination of these values, can? thus providing an effective means of analysis for monitoring cellular responses to external stimuli, such as drugs and environmental changes. Furthermore, obtaining simultaneous information on the volume of the corpuscle and on the density? mass allows the correlation with the activities? biological, and obtaining important information. Among these are the level of organization and vitality? of the cell population within a cell aggregate.

STATO DELLA TECNICA STATE OF THE TECHNIQUE

I metodi per determinare la massa e la densit? di cellule, corpuscoli o molecole, sono stati implementati con l'avvento dei sistemi nano-elettromeccanici (nanoelectromechanical systems, NEMS), ed in particolare con lo sviluppo di risonatori nano-meccanici. The methods for determining the mass and density? of cells, corpuscles or molecules, have been implemented with the advent of nanoelectromechanical systems (NEMS), and in particular with the development of nano-mechanical resonators.

Questi sistemi sono risonanti quando sottoposti ad una frequenza specifica a seconda della loro massa, struttura e rigidit?. La massa del campione viene misurata dalla variazione della frequenza di oscillazione del risonatore quando interagisce con esso. Il limite iniziale per le applicazioni biologiche di questa tecnica era dovuto alla necessit? di operare in condizioni di vuoto. I risonatori a micro-canali sospesi (Suspended microchannel resonators, SMR) hanno superato questo ostacolo applicativo, consentendo di misurare la densit? di singole cellule in soluzione e ricavare quindi statistiche sulla distribuzione della densit?. These systems are resonant when subjected to a specific frequency depending on their mass, structure and stiffness. The mass of the sample is measured by the variation in the oscillation frequency of the resonator when it interacts with it. The initial limit for the biological applications of this technique was due to the necessity? to operate in vacuum conditions. Suspended microchannel resonators (SMRs) have overcome this application obstacle, allowing you to measure density? of single cells in solution and thus obtain statistics on the density distribution.

Tuttavia, utilizzando canali fluidici di dimensioni micrometriche, i sistemi sopra menzionati permettono l?analisi di corpuscoli che hanno dimensioni inferiori alle decine di micrometri. Questo ? un limite tecnologico importante per applicazioni o studi su aggregati cellulari come sferoidi e organoidi che possono arrivare a raggiungere diametri nell?ordine dei millimetri. However, using fluidic channels of micrometric dimensions, the systems mentioned above allow the analysis of corpuscles that are smaller than tens of micrometers. This ? an important technological limit for applications or studies on cellular aggregates such as spheroids and organoids that can reach diameters in the order of millimeters.

Sono noti metodi per calcolare la densit? di fitoplancton e di sfere di polistirene usando la velocit? di sedimentazione. Questa tecnica non consente di raggiungere la dimensione media di sferoidi e organoidi. Ancora pi? importante, i dati vengono raccolti in un unico passaggio, senza la possibilit? di ripetere la misura per un output pi? accurato. Are known methods to calculate the density? of phytoplankton and polystyrene spheres using the speed? of sedimentation. This technique does not allow to reach the average size of spheroids and organoids. Even more? important, the data is collected in a single step, without the possibility? to repeat the measurement for an output pi? accurate.

Altre tecniche impiegano un sistema di elettrocinetica indotta ottica (optical induced electrokinetics, OEK) per sollevare i corpuscoli precedentemente introdotti in un canale microfluidico. Other techniques employ an optical induced electrokinetics (OEK) system to lift the corpuscles previously introduced into a microfluidic channel.

Tale soluzione ? costosa da realizzare, e non ? adatta per misurare corpuscoli che hanno dimensioni maggiori di venti micrometri. Such a solution? expensive to make, and not? suitable for measuring corpuscles that have dimensions greater than twenty micrometers.

SOMMARIO DELL?INVENZIONE SUMMARY OF THE INVENTION

Un primo aspetto della presente invenzione descrive un dispositivo fluidico per la misura di almeno uno tra densit? di massa e peso di un corpuscolo. Il dispositivo fluidico comprende una camera di sedimentazione fluidicamente collegata a un canale d?ingresso configurato per essere immerso in un liquido. Il dispositivo fluidico comprende inoltre un sistema di pompaggio collegato alla camera di sedimentazione. Il sistema di pompaggio ? adatto a controllare il flusso del liquido nella camera di sedimentazione. Un processore del dispositivo fluidico ? configurato per ottenere dati di corpuscolo relativi a un corpuscolo in almeno una regione della camera di sedimentazione; e calcolare almeno una tra densit? di massa e peso del corpuscolo sulla base dei dati ricevuti. A first aspect of the present invention describes a fluidic device for measuring at least one of the densities. mass and weight of a particle. The fluidics device includes a sedimentation chamber fluidically connected to an inlet channel configured to be immersed in a liquid. The fluidic device further comprises a pumping system connected to the sedimentation chamber. The pumping system? suitable for controlling the flow of liquid in the sedimentation chamber. A fluidics device processor? configured to obtain particle data relating to a particle in at least one region of the settling chamber; and calculate at least one between density? mass and weight of the corpuscle based on the data received.

Il liquido pu? essere un liquido di coltura o una soluzione, per esempio una soluzione salina, adatta a conservare e mantenere uno o pi? corpuscoli o agglomerati di corpuscoli da immettere nella camera di sedimentazione. The liquid can? be a culture liquid or a solution, for example a saline solution, suitable for preserving and maintaining one or more? corpuscles or agglomerates of corpuscles to be introduced into the sedimentation chamber.

Grazie alla presenza di un canale d?ingresso direttamente collegato alla camera di sedimentazione, ? possibile effettuare misure individuali di densit? di massa e peso su una popolazione di corpuscoli. Questa configurazione permette di effettuare tali misure in sequenza e in maniera automatizzata. I valori misurati, in combinazione con i dati di corpuscolo, come ad esempio la dimensione e forma del corpuscolo, sono importanti ad esempio per lo studio di dinamiche cellulari, o per lo sviluppo di modelli biologici di organi umani. Thanks to the presence of an inlet channel directly connected to the sedimentation chamber,? Is it possible to make individual density measurements? mass and weight on a population of corpuscles. This configuration allows these measurements to be carried out in sequence and in an automated manner. The measured values, in combination with the particle data, such as the size and shape of the corpuscle, are important for example for the study of cell dynamics, or for the development of biological models of human organs.

In una forma di implementazione del primo aspetto, il dispositivo fluidico comprende inoltre almeno un dispositivo di rilevamento configurato per acquisire i dati di corpuscolo e per fornire al processore i dati di corpuscolo. In one embodiment of the first aspect, the fluidics device further comprises at least one sensing device configured to acquire the particle data and to provide the particle data to the processor.

In una ulteriore forma di implementazione, il dispositivo fluidico dove il processore ? configurato per controllare il sistema di pompaggio sulla base di almeno una parte dei dati di corpuscolo ricevuti. In a further form of implementation, the fluidics device where the processor? configured to control the pumping system based on at least a portion of the received particle data.

In una ulteriore forma di implementazione, i dati di corpuscolo comprendono almeno uno tra velocit?, forma, posizione, dimensione del corpuscolo. In a further embodiment, the corpuscle data comprises at least one of the velocity, shape, position, size of the corpuscle.

In una ulteriore forma di implementazione, il dispositivo fluidico comprende inoltre un dispositivo di controllo di temperatura, configurato per fornire al processore una misura di temperatura di un liquido nella camera di sedimentazione. Il processore ? configurato per calcolare almeno una tra la densit? di massa e il peso del corpuscolo anche sulla base di detta misura di temperatura. In a further embodiment, the fluidics device further comprises a temperature control device, configured to provide the processor with a temperature measurement of a liquid in the settling chamber. The processor? configured to calculate at least one of the density? mass and the weight of the corpuscle also on the basis of said temperature measurement.

La misura della temperatura permette di ottenere misure precise anche in condizioni in cui il dispositivo non si trova in un ambiente a temperatura controllata. Infatti il moto del corpuscolo nella camera di sedimentazione dipende anche dalla viscosit? del liquido nel quale si muove, la quale dipende dalla natura dello specifico liquido utilizzato e dalla sua temperatura. The temperature measurement allows to obtain precise measurements even in conditions in which the device is not in a controlled temperature environment. In fact, the motion of the corpuscle in the sedimentation chamber also depends on the viscosity? of the liquid in which it moves, which depends on the nature of the specific liquid used and its temperature.

In una ulteriore forma di implementazione, il dispositivo di controllo temperatura ? inoltre configurato per regolare la temperatura del liquido nella camera di sedimentazione sulla base di almeno una tra informazioni fornite dal processore e un valore predefinito di temperatura. In a further form of implementation, the temperature control device? also configured to regulate the temperature of the liquid in the sedimentation chamber based on at least one of the information provided by the processor and a predefined temperature value.

Il controllo della temperatura permette di aggiungere alla precisione di misura, anche il mantenimento delle condizioni ideali per il mantenimento del corpuscolo. Ad esempio, nel caso in cui il corpuscolo ? costituito da materiale biologico, le condizioni ideali sono il mantenimento a 37 gradi centigradi, ed in alcuni protocolli di utilizzo potrebbe essere richiesta la variazione della temperatura per l?osservazione di specifici fenomeni biologici. The temperature control allows to add to the measurement accuracy, also the maintenance of the ideal conditions for the maintenance of the corpuscle. For example, in the case where the corpuscle? consisting of biological material, the ideal conditions are to maintain it at 37 degrees centigrade, and in some protocols of use, the variation of the temperature may be required for the observation of specific biological phenomena.

In una ulteriore forma di implementazione, il dispositivo fluidico comprende inoltre un supporto mobile adatto ad alloggiare almeno una parte dell?almeno un dispositivo di rilevamento. Il processore ? inoltre configurato per guidare il supporto mobile sulla base di almeno una parte dei dati di corpuscolo ricevuti. In a further embodiment, the fluidic device further comprises a movable support suitable for housing at least a part of the at least one detection device. The processor? further configured to guide the mobile support based on at least a part of the received particle data.

Grazie al supporto mobile ? possibile seguire il corpuscolo durante il suo movimento, e quindi ottenere una maggior precisione nella misura di densit? di massa e peso, ed ? inoltre possibile effettuare misure su corpuscoli che si muovono a grandi velocit? in camere di sedimentazione particolarmente lunghe. Inoltre ? possibile ottenere informazioni tridimensionali sul corpuscolo, grazie ad esempio all?osservazione del campione da diverse angolazioni, o su diversi piani focali. I dati ottenuti sulla forma tridimensionale dell?oggetto permettono una migliore ricostruzione del coefficiente di viscosit?, e quindi una maggior risoluzione della misura di densit? di massa e peso. Thanks to mobile support? Is it possible to follow the corpuscle during its movement, and therefore to obtain greater precision in the measurement of density? of mass and weight, and? It is also possible to carry out measurements on corpuscles that move at great speeds? in particularly long sedimentation chambers. Furthermore ? It is possible to obtain three-dimensional information on the corpuscle, thanks for example to the observation of the sample from different angles, or on different focal planes. The data obtained on the three-dimensional shape of the object allow a better reconstruction of the viscosity coefficient, and therefore a greater resolution of the density measurement. mass and weight.

In una ulteriore forma di implementazione, la camera di sedimentazione comprende inoltre un canale di flusso connesso fluidicamente al canale d?ingresso e avente una sezione trasversale interna che si restringe in una porzione del canale di flusso. In a further embodiment, the settling chamber further comprises a flow channel fluidically connected to the inlet channel and having an internal cross section that narrows into a portion of the flow channel.

In particolare, la camera di sedimentazione comprende un canale di flusso avente almeno due porzioni dove la sezione interna della prima porzione ha dimensioni maggiori della sezione interna della seconda porzione. In particular, the sedimentation chamber comprises a flow channel having at least two portions where the internal section of the first portion is larger than the internal section of the second portion.

La seconda porzione ? posizionata in modo tale che un corpuscolo nella camera di sedimentazione e atto a muoversi dalla seconda sezione alla prima sezione in assenza di flussi nel liquido in cui ? immerso il corpuscolo. The second portion? positioned in such a way that a corpuscle in the sedimentation chamber is able to move from the second section to the first section in the absence of flows in the liquid in which? immersed the corpuscle.

Variazioni di sezione della camera di sedimentazione permettono di ottenere linee di flusso convergenti. Durante una fase in cui viene prodotto un flusso nella camera di sedimentazione, il corpuscolo segue tali linee di flusso, e di conseguenza si sposta verso una regione pi? centrale della camera di sedimentazione. Grazie a questo fenomeno, si evitano artefatti di misura che dipendono dalle interazioni tra il corpuscolo e le superfici laterali della camera di sedimentazione, e si riescono a produrre misure pi? precise. Questo inoltre garantisce il centramento del corpuscolo anche per tempi lunghi di misura, abilitando cos? il mantenimento del campione nella camera di sedimentazione per sperimentazioni biologiche. Il centramento ? inoltre un aspetto utile per il prelievo del campione, poich? diminuisce la probabilit? di perdere il campione nel sistema fluidico ad esempio per adesione alle superfici di canali. Variations in the section of the sedimentation chamber allow to obtain converging flow lines. During a phase in which a flow is produced in the sedimentation chamber, the corpuscle follows these lines of flow, and consequently moves towards a smaller region. central of the sedimentation chamber. Thanks to this phenomenon, measurement artifacts that depend on the interactions between the corpuscle and the lateral surfaces of the sedimentation chamber are avoided, and it is possible to produce more measurements. precise. This also guarantees the centering of the corpuscle even for long measurement times, thus enabling? the maintenance of the sample in the sedimentation chamber for biological experiments. The centering? also a useful aspect for the sampling, since? decreases the probability? to lose the sample in the fluidic system, for example by adhesion to the surfaces of channels.

In una ulteriore forma di implementazione, la camera di sedimentazione comprende canali di flusso collegati in parallelo tra loro e al canale di ingresso. Ogni canale di flusso ? inoltre collegato a un regolatore di flusso. In tale implementazione il processore ? configurato per ricevere dati di ingresso relativi a un corpuscolo nel canale d?ingresso, e controllare i regolatori di flusso sulla base di detti dati di ingresso. In a further embodiment, the settling chamber comprises flow channels connected in parallel to each other and to the inlet channel. Each channel of flow? also connected to a flow regulator. In such an implementation the processor? configured to receive input data relating to a particle in the input channel, and control the flow regulators on the basis of said input data.

La presenza di pi? camere di sedimentazione permette di direzionare un corpuscolo in base alla sua dimensione in una camera di sedimentazione adeguata. ? cos? possibile implementare in un unico strumento la misura di corpuscoli di dimensioni anche significativamente differenti, ad esempio da un micrometro a 5 millimetri. Alternativamente, la presenza di pi? camere di sedimentazione permette una maggiore portata nella misura di popolazioni di corpuscoli. The presence of more? sedimentation chambers allows you to direct a corpuscle according to its size into a suitable sedimentation chamber. ? cos? It is possible to implement in a single instrument the measurement of corpuscles of even significantly different dimensions, for example from a micrometer to 5 millimeters. Alternatively, the presence of more? sedimentation chambers allows for a greater flow rate in the measurement of corpuscle populations.

In una ulteriore forma di implementazione il dispositivo fluidico comprende inoltre un canale di ricircolo collegato in parallelo alla camera di sedimentazione. Il canale di ricircolo comprende un dispositivo di ricircolo, e il processore ? configurato per controllare dispositivo di ricircolo per il ricircolo del liquido nella camera di sedimentazione. In a further embodiment, the fluidic device further comprises a recirculation channel connected in parallel to the sedimentation chamber. Does the recirculation channel include a recirculation device, and the processor? configured to control recirculation device for the recirculation of the liquid in the sedimentation chamber.

Grazie al sistema di ricircolo ? possibile evitare la presenza di pi? di un corpuscolo all'interno del sistema fluidico e quindi effettuare analisi ripetute non distruttive di singoli corpuscoli, ed il recupero degli stessi. Inoltre la quantit? di liquido di analisi usato ? minore per misure prolungate nel tempo. Thanks to the recirculation system? possible to avoid the presence of more? of a corpuscle within the fluidic system and then carry out repeated non-destructive analyzes of individual corpuscles, and their recovery. In addition, the quantity? of analysis liquid used? less for prolonged measurements over time.

In una ulteriore forma di implementazione, il dispositivo fluidico comprende inoltre un canale secondario collegato fluidicamente alla camera di sedimentazione. Il processore ? configurato per controllare selettivamente il flusso nel canale secondario per immettere liquido nella camera di sedimentazione e/o per espellere liquido dalla camera di sedimentazione attraverso il canale secondario. In a further embodiment, the fluidic device further comprises a secondary channel fluidically connected to the settling chamber. The processor? configured to selectively control the flow in the secondary channel to inject liquid into the sedimentation chamber and / or to expel liquid from the sedimentation chamber through the secondary channel.

Il canale secondario pu? essere collegato alla camera di sedimentazione direttamente o tramite canale d'ingresso o tramite circuito fluidico secondario. The secondary channel can? be connected to the sedimentation chamber directly or through the inlet channel or through a secondary fluidic circuit.

La presenza di almeno un canale secondario permette l?immissione di un nuovo liquido nella camera di sedimentazione durante la misura. ? cos? possibile ad esempio effettuare protocolli di sperimentazione biologica. Inoltre ? possibile anche introdurre nuovi liquidi adatti alla misura di precisione dello specifico corpuscolo. Ad esempio, selezionando tra un pannello di liquidi di misura il liquido che ha densit? di massa pi? vicina a quella del corpuscolo, ? possibile migliorare precisione e accuratezza della misura. Inoltre, lo stesso canale secondario pu? essere utilizzato per la rimozione del campione ed il suo smistamento in contenitori specifici. Ad esempio, tramite apposite derivazioni fluidiche, diversi corpuscoli possono essere raccolti in diversi contenitori, anche in base ai risultati delle misure effettuate. The presence of at least one secondary channel allows the introduction of a new liquid into the sedimentation chamber during the measurement. ? cos? For example, it is possible to carry out biological experimentation protocols. Furthermore ? It is also possible to introduce new liquids suitable for the precision measurement of the specific corpuscle. For example, selecting from a panel of liquids to measure the liquid that has density? mass pi? close to that of the corpuscle,? measurement accuracy and accuracy can be improved. Furthermore, the same secondary channel can? be used for the removal of the sample and its sorting in specific containers. For example, through special fluidic derivations, different corpuscles can be collected in different containers, also based on the results of the measurements performed.

Un secondo aspetto della presente invenzione descrive un metodo per la misura di almeno uno tra densit? di massa e peso di un corpuscolo. Secondo il metodo un corpuscolo da analizzare viene immesso in una camera di sedimentazione di un dispositivo fluidico attraverso un canale d?ingresso immerso in un liquido. Dati di corpuscolo relativi a un corpuscolo in almeno una regione della camera di sedimentazione sono ottenuti. Il corpuscolo ? in movimento in un liquido a riposo nella camera di sedimentazione. Almeno una tra densit? di massa e peso del corpuscolo ? calcolato sulla base dei dati ricevuti. A second aspect of the present invention describes a method for measuring at least one of the densities? mass and weight of a particle. According to the method, a particle to be analyzed is introduced into a sedimentation chamber of a fluidic device through an inlet channel immersed in a liquid. Corpuscle data relating to a corpuscle in at least one region of the settling chamber are obtained. The corpuscle? moving in a liquid at rest in the sedimentation chamber. At least one between density? mass and weight of the corpuscle? calculated on the basis of the data received.

La misura pu? essere fatta mentre il corpuscolo ? in movimento nel liquido a riposo. Per liquido a riposo si intende che nel canale di sedimentazione non ? presente alcun flusso. In una implementazione il corpuscolo si muove di moto accelerato sottoposto a un campo di forza. Per esempio la camera di sedimentazione pu? essere posizionata in modo tale che il corpuscolo si muova nel liquido a riposo sottoposto ad accelerazione gravitazionale. The measure can? be done while the corpuscle? moving in liquid at rest. By liquid at rest we mean that in the sedimentation channel not? there is no flow. In one implementation the corpuscle moves with accelerated motion subjected to a force field. For example, the sedimentation chamber can? be positioned in such a way that the corpuscle moves in the liquid at rest subjected to gravitational acceleration.

In una forma di implementazione del secondo aspetto ottenere i dati di corpuscolo comprende acquisire, per mezzo di almeno un dispositivo di rilevamento, i dati di corpuscolo, e fornire a un processore i dati di corpuscolo acquisiti. In one embodiment of the second aspect, obtaining the particle data comprises acquiring, by means of at least one sensing device, the particle data, and providing a processor with the acquired particle data.

In una ulteriore forma di implementazione Il metodo comprende inoltre controllare un flusso nella camera di sedimentazione sulla base di almeno una parte dei dati di corpuscolo ricevuti. In a further embodiment, the method further comprises controlling a flow in the settling chamber based on at least a portion of the received particle data.

In una ulteriore forma di implementazione, il metodo comprende inoltre misurare una temperatura del liquido nella camera di sedimentazione; e calcolare la almeno una tra la densit? di massa e il peso del corpuscolo anche sulla base di detta misura di temperatura. In a further embodiment, the method further comprises measuring a temperature of the liquid in the settling chamber; and calculate at least one of the density? mass and the weight of the corpuscle also on the basis of said temperature measurement.

In una ulteriore forma di implementazione, il metodo comprende inoltre regolare la temperatura del liquido nella camera di sedimentazione sulla base di almeno una tra informazioni fornite dal processore e un valore predefinito di temperatura. In a further embodiment, the method further comprises adjusting the temperature of the liquid in the settling chamber based on at least one of the information provided by the processor and a predefined temperature value.

In una ulteriore forma di implementazione, il metodo comprende inoltre guidare almeno una parte dell?almeno un dispositivo di rilevamento sulla base di almeno una parte dei dati di corpuscolo ricevuti. In a further embodiment, the method further comprises guiding at least a part of the at least one sensing device based on at least a part of the received particle data.

In una ulteriore forma di implementazione, il metodo comprende inoltre ricircolare il liquido in cui ? immerso il corpuscolo da analizzare in un canale di ricircolo fluidicamente connesso in parallelo alla camera di sedimentazione. In a further embodiment, the method further comprises recirculating the liquid in which? immersed the corpuscle to be analyzed in a recirculation channel fluidically connected in parallel to the sedimentation chamber.

In una ulteriore forma di implementazione, il metodo comprende inoltre sostituire, prima e/o dopo di una misura di almeno uno tra la densit? di massa e peso del corpuscolo, il liquido in cui ? immerso il corpuscolo da analizzare con un secondo liquido diverso da detto liquido. In a further form of implementation, the method further comprises replacing, before and / or after a measurement of at least one of the density? mass and weight of the corpuscle, the liquid in which? immersed the corpuscle to be analyzed with a second liquid other than said liquid.

In una ulteriore forma di implementazione, il metodo comprende inoltre selezionare un corpuscolo sulla base di uno tra densit? di massa, peso, dimensione e forma; e raccogliere il corpuscolo selezionato in un contenitore predefinito sulla base di almeno uno tra densit? di massa, peso, dimensione e forma del corpuscolo. In a further form of implementation, the method further comprises selecting a particle based on one of the densities. of mass, weight, size and shape; and collect the selected corpuscle in a predefined container based on at least one of the densities? mass, weight, size and shape of the corpuscle.

I vantaggi descritti sopra in relazione al dispositivo fluidico si applicano anche al metodo descritto in relazione al secondo aspetto e alle sue forme di implementazione. The advantages described above in relation to the fluidic device also apply to the method described in relation to the second aspect and its implementation forms.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Figura 1. Visione frontale della camera di sedimentazione contenente il mezzo d?analisi ed il corpuscolo. Rappresentazione delle forze coinvolte e della velocit? terminale. Figure 1. Front view of the sedimentation chamber containing the analysis medium and the corpuscle. Representation of the forces involved and the speed? terminal.

Figura 2. Rappresentazione schematica dell?invenzione. Figure 2. Schematic representation of the invention.

Figura 3. Rappresentazione schematica dell?implementazione relativa al dispositivo di controllo temperatura. Figure 3. Schematic representation of the implementation related to the temperature control device.

Figura 4. Dati di regressione lineare ottenuti dalla variazione verticale della posizione del corpuscolo in funzione del tempo. Figure 4. Linear regression data obtained from the vertical variation of the position of the corpuscle as a function of time.

Figura 5. Risultati sperimentali delle densit? medie ottenute su sette diverse microsfere di PS misurate per ogni lotto analizzato (20, 50 e 90 ?m), e le rispettive deviazioni standard ottenute su sette ripetizioni per ogni misura. Figure 5. Experimental results of densities averages obtained on seven different PS microspheres measured for each lot analyzed (20, 50 and 90µm), and the respective standard deviations obtained on seven repetitions for each measurement.

Figura 6. A) Risultati sperimentali delle densit? medie ottenute sui tre lotti di microsfere di PS, riportati a confronto con il valore dichiarato dal produttore, e rispettiva deviazione standard. B) Velocit? terminale determinata sperimentalmente, a confronto con la velocit? teorica, per le tre grandezze di microsfere esaminate. Figure 6. A) Experimental results of the densities averages obtained on the three lots of PS microspheres, reported in comparison with the value declared by the manufacturer, and respective standard deviation. B) Speed terminal determined experimentally, in comparison with the speed? theoretical, for the three sizes of microspheres examined.

Figura 7. Rappresentazione schematica del dispositivo di centraggio (A). Ingrandimento della porzione 100c (A,B) per la rappresentazione schematica del centraggio del corpuscolo tramite flusso pulsato (B) e tramite flusso modulato (C). Figure 7. Schematic representation of the centering device (A). Enlargement of portion 100c (A, B) for the schematic representation of the centering of the corpuscle by pulsed flow (B) and by modulated flow (C).

Figura 8. Rappresentazione schematica la camera di sedimentazione comprendente diversi canali di flusso aventi diverse grandezze, collegati a regolatori di flusso indipendenti, al fine di soddisfare la diversit? corpuscolare. Figure 8. Schematic representation of the sedimentation chamber comprising several flow channels having different sizes, connected to independent flow regulators, in order to satisfy the diversity? corpuscular.

Figura 9. Rappresentazione schematica della soluzione tecnologica relativa alla misura del movimento di corpuscoli di grandi dimensioni, tramite il riconoscimento del passaggio del corpuscolo da diverse posizioni target a distanza regolabile e nota. Figure 9. Schematic representation of the technological solution relating to the measurement of the movement of large corpuscles, through the recognition of the passage of the corpuscle from different target positions at an adjustable and known distance.

Figura 10. Rappresentazione schematica del sistema a doppia fotocamera per la caratterizzazione morfologica bilaterale del corpuscolo. Figure 10. Schematic representation of the dual camera system for bilateral morphological characterization of the corpuscle.

Figura 11. Rappresentazione schematica dell?implementazione relativa all?acquisizione di informazioni tridimensionali sul corpuscolo basata sull'acquisizione di immagini riflesse da pi? angoli. Figure 11. Schematic representation of the implementation relating to the acquisition of three-dimensional information on the corpuscle based on the acquisition of images reflected by more? corners.

Figura 12. Rappresentazione schematica dell?implementazione relativa all?acquisizione di immagine 3D basata su un dispositivo di rilevamento orbitante rispetto ad una camera di sedimentazione cilindrica. Figure 12. Schematic representation of the implementation related to 3D image acquisition based on a sensing device orbiting with respect to a cylindrical sedimentation chamber.

Figura 13. Rappresentazione schematica dell?implementazione contenente un canale di ricircolo, e relativo sistema di pompaggio secondario. Figure 13. Schematic representation of the implementation containing a recirculation channel, and relative secondary pumping system.

Figura 14. Rappresentazione schematica dell?implementazione contenente un canale secondario per l?introduzione e scambio di ulteriori mezzi d?analisi. Figure 14. Schematic representation of the implementation containing a secondary channel for the introduction and exchange of further means of analysis.

Figura 15. Rappresentazione grafica del monitoraggio del diametro e della densit? di sferoidi rispetto al tempo, per la valutazione del loro grado di maturazione prima del trattamento con il farmaco. Figure 15. Graphical representation of diameter and density monitoring of spheroids with respect to time, for the evaluation of their degree of maturation before treatment with the drug.

Figura 16. Rappresentazione schematica dell?implementazione dedicata al Sorting dei corpuscoli. Figure 16. Schematic representation of the implementation dedicated to the Sorting of corpuscles.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DETAILED DESCRIPTION

? sempre pi? comune per un singolo laboratorio medico o biologico studiare corpuscoli di diversa natura come cellule, microsfere, sferoidi, organoidi e/o altre forme di aggregati corpuscolari. ? more and more? It is common for a single medical or biological laboratory to study corpuscles of different nature such as cells, microspheres, spheroids, organoids and / or other forms of corpuscular aggregates.

Data l'enorme variet? di campioni e l'interesse per la misurazione di peso, densit?, dimensioni e forma, le forme di attuazione e implementazioni descritte di seguito presentano soluzioni tecnologiche che consentono di misurare tali parametri adottando un singolo dispositivo e diversi metodi di utilizzo associati ad esso. Una forma di attuazione della presente invenzione descrive una prima soluzione che permette di compiere tali misure. In un esempio, la misura del peso, densit?, dimensioni e forma possono essere effettuate in maniera concomitante, simultanea o combinata su campioni aventi dimensioni che possono variare da uno a cinquemila micrometri. Oltre ad avere il vantaggio di operare con un singolo strumento per una larga distribuzione dimensionale di campioni, ci? consente una solida correlazione tra i dati ottenuti sui singoli corpuscoli. Given the huge variety? of samples and the interest in the measurement of weight, density, size and shape, the embodiments and implementations described below present technological solutions that allow to measure these parameters by adopting a single device and various methods of use associated with it. An embodiment of the present invention describes a first solution which allows such measurements to be carried out. In one example, the measurement of weight, density, size and shape can be carried out concomitantly, simultaneously or in combination on samples having dimensions ranging from one to five thousand micrometers. In addition to having the advantage of operating with a single instrument for a large dimensional distribution of samples, this? allows a solid correlation between the data obtained on the individual corpuscles.

Le forme di realizzazione del dispositivo fluidico e relativi metodi descritti nella presente divulgazione permettono di effettuare l?analisi descritta sopra in maniera economica, accurata e non invasiva. Tali metodi e dispositivi fluidici possono essere usati per compiere misure non solo su target organici e biologici, ma anche su campioni inorganici. The embodiments of the fluidic device and related methods described in the present disclosure allow to carry out the analysis described above in an economical, accurate and non-invasive way. Such fluidic methods and devices can be used to perform measurements not only on organic and biological targets, but also on inorganic samples.

I seguenti paragrafi descrivono diverse forme di realizzazione esemplificative della presente invenzione. A titolo d?esempio, e per facilitare la comprensione, le forme di realizzazione saranno descritte con riferimento all'analisi di materiale biologico come cellule o agglomerati cellulari, indicati di seguito con il termine generico di corpuscoli. Resta comunque inteso che il metodo ed il dispositivo relativi all?invenzione qui presentata permettono di misurare densit? di massa, peso, dimensioni e forma di corpuscoli non biologici. In particolare, le implementazioni con riferimento alle forme di realizzazione esemplificative descritte di seguito, possono anche essere utilizzate per analizzare corpuscoli che non siano cellule o agglomerati cellulari. Di conseguenza, il termine "corpuscolo", usato nel contesto delle forme di attuazione della presente invenzione per indicare cellule, agglomerati cellulari o in generale materiale biologico pu? anche essere usato per indicare microparticelle, particelle residue di processi di produzione industriale, polveri atmosferiche sospese, pollini, vescicole, gocce di olio in sospensione acquosa, bolle d'aria nei liquidi. The following paragraphs describe several exemplary embodiments of the present invention. By way of example, and to facilitate understanding, the embodiments will be described with reference to the analysis of biological material such as cells or cellular agglomerates, hereinafter referred to by the generic term of corpuscles. It is however understood that the method and the device relating to the invention presented here allow to measure density? mass, weight, size and shape of non-biological corpuscles. In particular, the implementations with reference to the exemplary embodiments described below can also be used to analyze corpuscles other than cells or cell agglomerates. Consequently, the term "corpuscle", used in the context of the embodiments of the present invention to indicate cells, cell agglomerates or in general biological material can be used. also be used to indicate microparticles, residual particles from industrial production processes, airborne airborne dust, pollen, vesicles, oil droplets in aqueous suspension, air bubbles in liquids.

Allo stesso modo, il termine "mezzo d'analisi" o il termine pi? generico ?liquido? ? usato negli esempi esplicativi della presente invenzione per indicare un mezzo compatibile con colture cellulari. Tuttavia, sar? chiaro all'esperto del ramo che il termine ?mezzo d'analisi? ed il termine ?liquido? devono essere interpretati nel loro senso pi? generale. In particolare, in base alle esigenze di progettazione ed alla natura dei corpuscoli da analizzare, sar? chiaro all'esperto del ramo che il liquido pu? essere un mezzo di coltura cellulare o liquidi di altra natura, come soluzioni in base acquosa, o oli. Similarly, the term "means of analysis" or the term pi? generic? liquid? ? used in the explanatory examples of the present invention to indicate a medium compatible with cell cultures. However, it will be? it is clear to one skilled in the art that the term? means of analysis? and the term? liquid? must be interpreted in their sense pi? general. In particular, based on the design needs and the nature of the corpuscles to be analyzed, sar? clear to the skilled in the art that the liquid can? be a cell culture medium or other liquids, such as aqueous-based solutions, or oils.

La presente invenzione ha lo scopo di colmare il divario all?interno dello stato dell'arte riguardante la possibilit? di adoperare un singolo apparato tecnologico, ed il relativo metodo di utilizzo, per la misura concomitante di densit? di massa, peso, dimensioni e/o forma di corpuscoli anche di differenti dimensioni. Infatti, i dispositivi presenti oggigiorno possono operare parzialmente in una ristretta distribuzione dimensionale. Inoltre, questi non permettono di ottenere misure simultanee o combinate di tali parametri. Ci? porta all?ottenimento d?informazioni frammentate, difficilmente correlabili tra loro. The present invention has the purpose of bridging the gap within the state of the art concerning the possibility? to use a single technological apparatus, and the relative method of use, for the concomitant measurement of density? mass, weight, size and / or shape of corpuscles also of different sizes. In fact, the devices present today can operate partially in a narrow dimensional distribution. Furthermore, they do not allow to obtain simultaneous or combined measurements of these parameters. There? leads to the obtaining of fragmented information, difficult to correlate with each other.

Anche se l'oggetto ? stato descritto con particolare riferimento alle figure allegate, i numeri di riferimento usati nella descrizione e nelle rivendicazioni sono utilizzati per migliorare l'intelligenza dell?invenzione e non costituiscono alcuna limitazione all'ambito di tutela rivendicato. Even if the object? been described with particular reference to the attached figures, the reference numbers used in the description and in the claims are used to improve the intelligence of the invention and do not constitute any limitation to the scope of protection claimed.

L?invenzione presenta un nuovo dispositivo, e la relativa metodologia di utilizzo, capace di effettuare la misura concomitante di densit? di massa, peso, dimensioni e/o forma di corpuscoli biologici e non biologici come microsfere, cellule, sferoidi e organoidi, aventi una dimensione compresa tra 1 e 5.000 micrometri. The invention presents a new device, and the relative method of use, capable of carrying out the concomitant measurement of density. mass, weight, size and / or shape of biological and non-biological corpuscles such as microspheres, cells, spheroids and organoids, having a size between 1 and 5,000 micrometers.

Dopo una descrizione dettagliata delle diverse implementazioni atte alla realizzazione di tale misura, saranno divulgate plurime modalit? di utilizzo della presente invenzione. Quest?ultime comprendono riadattamenti del sistema di base, con particolare riferimento alla loro utilit? in campo biomedicale. La presente invenzione ? atta ad analizzare un corpuscolo (420) in movimento in condizioni di flusso a riposo, guidato dalla forza di gravit? (Figura 1). Tale movimento del corpuscolo ? principalmente influenzato dalla densit? di massa, dal volume, dalla forma, dall'orientamento dello stesso e dalla densit? di massa e viscosit? del liquido circostante. After a detailed description of the various implementations suitable for the realization of this measure, multiple modalities will be disclosed? of use of the present invention. The latter include readjustments of the basic system, with particular reference to their usefulness. in the biomedical field. The present invention? suitable to analyze a corpuscle (420) in motion in conditions of flow at rest, guided by the force of gravity? (Figure 1). Such a movement of the corpuscle? mainly influenced by the density? of mass, from the volume, from the shape, from the orientation of the same and from the density? mass and viscosity? of the surrounding liquid.

Una rappresentazione schematica di una forma di attuazione della presente invenzione ? mostrata in Figura 2. A schematic representation of an embodiment of the present invention? shown in Figure 2.

Le forme di implementazione descritte con riferimento alle figure dalla 3 alla 16 descrivono successivi miglioramenti e sviluppi del dispositivo fluidico di Figura 1. Singole caratteristiche descritte di seguito con riferimento a una singola figura possono essere pertanto combinate con caratteristiche descritte con riferimento alle altre figure. The embodiments described with reference to Figures 3 to 16 describe subsequent improvements and developments of the fluidic device of Figure 1. Individual features described below with reference to a single figure can therefore be combined with features described with reference to the other figures.

Il dispositivo fluidico comprende una camera di sedimentazione 100, un sistema di pompaggio 200, un dispositivo di rilevamento 300 ed un processore 500. Il movimento del corpuscolo 420 avviene all?interno di un canale fluidico con pareti trasparenti, qui chiamata camera di sedimentazione 100. Il sistema di pompaggio 200, comprende un sistema per la generazione di flusso 230 che, in via esemplificativa, pu? essere una pompa peristaltica o un sistema di controllo della pressione. Un canale di ingresso 210 ed un canale di uscita 220 possono essere collegati ad un serbatoio di carico o di scarico, in alternativa possono essere utilizzati come sfiato. Il sistema comprendente il dispositivo di rilevamento 300 collegato al processore 500 svolge il duplice ruolo di monitorare il movimento di un corpuscolo 420, e di misurare la forma e le dimensioni dello stesso. Sia la camera di sedimentazione 100 che il dispositivo di rilevamento 300 sono dimensionati per consentire misure accurate del movimento, della forma e delle dimensioni del corpuscolo 420, come descritto dettagliatamente nel prosieguo del testo. The fluidic device comprises a sedimentation chamber 100, a pumping system 200, a detection device 300 and a processor 500. The movement of the corpuscle 420 occurs inside a fluidic channel with transparent walls, here called the sedimentation chamber 100. The pumping system 200 includes a flow generation system 230 which, by way of example, can? be a peristaltic pump or a pressure control system. An inlet channel 210 and an outlet channel 220 can be connected to a loading or unloading tank, alternatively they can be used as a vent. The system comprising the detection device 300 connected to the processor 500 performs the dual role of monitoring the movement of a corpuscle 420, and of measuring its shape and size. Both the sedimentation chamber 100 and the sensing device 300 are sized to allow accurate measurements of the movement, shape and size of the corpuscle 420, as described in detail later in the text.

Sebbene il dispositivo di Figura 2 includa il dispositivo di rilevamento 300, il dispositivo di rilevamento ? opzionale. in implementazioni alternative, il dispositivo fluidico pu? essere realizzato senza il dispositivo di rilevamento. Although the device of Figure 2 includes the sensing device 300, the sensing device? optional. in alternative implementations, the fluidic device pu? be made without the detection device.

In particolare, nel contesto delle forme di attuazione della presente invenzione, per "misurare la forma e la dimensione" del corpuscolo, viene intesa la misura di qualsiasi caratteristica del corpuscolo utilizzabile per rappresentare o approssimare la geometria tridimensionale del corpuscolo. Questa potrebbe coincidere con la misura del raggio, nel caso di un corpuscolo sferico, o di altre caratteristiche geometriche nel caso di corpuscoli quasi sferici e non sferici. In particular, in the context of the embodiments of the present invention, by "measuring the shape and size" of the corpuscle is meant the measurement of any characteristic of the corpuscle that can be used to represent or approximate the three-dimensional geometry of the corpuscle. This could coincide with the measurement of the radius, in the case of a spherical corpuscle, or with other geometric characteristics in the case of nearly spherical and non-spherical corpuscles.

Per un corretto funzionamento del dispositivo, il corpuscolo 420, contenuto all?interno del mezzo d'analisi 450, viene prelevato dal serbatoio 400, introdotto e trasportato, all?interno della camera di sedimentazione 100 attraverso il canale di ingresso 210. Il trasporto del corpuscolo all?interno del sistema di pompaggio 200 avviene tramite l?azionamento di un sistema per la generazione di flusso 230. Dopo l'introduzione del corpuscolo 420, il flusso viene bloccato e il corpuscolo si muove all?interno del mezzo d?analisi 450 guidato dalla forza di gravit?. In assenza di altri flussi, e dopo un tempo transitorio dovuto ad una fase di accelerazione, il corpuscolo raggiunger? la sua velocit? costante, qui definita velocit? terminale, velocit? di deriva o velocit? di sedimentazione. For a correct functioning of the device, the corpuscle 420, contained inside the analysis means 450, is taken from the tank 400, introduced and transported, inside the sedimentation chamber 100 through the inlet channel 210. The transport of the corpuscle inside the pumping system 200 occurs through the actuation of a system for the generation of flow 230. After the introduction of the corpuscle 420, the flow is blocked and the corpuscle moves inside the analysis medium 450 driven by the force of gravity. In the absence of other flows, and after a transient time due to an acceleration phase, the corpuscle will reach? its speed? constant, here defined speed? terminal, speed? of drift or speed? of sedimentation.

Una volta svolta la misura, il canale di ingresso 210 ed il canale di uscita 220 possono essere utilizzati indifferentemente per il recupero del corpuscolo 420. Once the measurement has been carried out, the input channel 210 and the output channel 220 can be used indifferently for the recovery of the corpuscle 420.

Il dispositivo pu? essere utilizzato per effettuare misure relative, nelle quali vengono valutate le differenze tra diversi corpuscoli, oppure per effettuare misure assolute. Nell?ultimo caso, ? utile la conoscenza della temperatura, al fine di definire la densit? di massa e della viscosit? del mezzo d'analisi 450. In una forma di attuazione della presente invenzione il dispositivo ? adattato per essere utilizzato all?interno di un ambiente a temperatura controllata, come per esempio in un incubatore. Alternativamente, la temperatura pu? essere misurata durante gli esperimenti. In una forma di realizzazione (Figura 3) della presente invenzione, la temperatura media del mezzo d'analisi 450 viene misurata tramite un dispositivo di controllo temperatura 600 composto da almeno un sensore 610, posizionato in prossimit? della camera di sedimentazione 100. Successivamente il processore 500 adatta i valori di viscosit? calcolati in funzione della temperatura misurata. The device can? be used to make relative measurements, in which the differences between different corpuscles are evaluated, or to make absolute measurements. In the last case,? useful knowledge of the temperature, in order to define the density? mass and viscosity? analysis means 450. In one embodiment of the present invention the device? adapted to be used inside a controlled temperature environment, such as in an incubator. Alternatively, the temperature can? be measured during the experiments. In an embodiment (Figure 3) of the present invention, the average temperature of the analysis medium 450 is measured by means of a temperature control device 600 composed of at least one sensor 610, positioned in the vicinity of the sensor. of the sedimentation chamber 100. Then the processor 500 adapts the viscosity values? calculated as a function of the measured temperature.

In un'altra forma di realizzazione, quando le condizioni operative richiedono un valore di temperatura specifico (ad esempio, 37?C per campioni biologici vivi), il dispositivo di controllo temperatura 600 ? configurato per regolare la temperatura del liquido nella camera di sedimentazione sulla base di informazioni fornite dal processore 500, quali il valore corrente della temperatura, il tipo di corpuscolo, la viscosit? del liquido, il valore corrente della viscosit? del liquido, etc. In una specifica forma di realizzazione, il dispositivo di controllo temperatura 600 gestisce l?unit? di regolazione della temperatura 620, la quale consente il mantenimento di uno specifico valore durante l'analisi. Ad esempio, il dispositivo di controllo temperatura 600 pu? comprendere diversi riscaldatori (620a e 620b) e sensori (610a e 610b), situati in varie posizioni del dispositivo fluidico, del sistema sistema di pompaggio 200, ed in particolare in prossimit? della camera di sedimentazione 100. In another embodiment, when operating conditions require a specific temperature value (e.g., 37 ° C for live biological samples), the temperature controller 600? configured to adjust the liquid temperature in the sedimentation chamber based on information provided by the processor 500, such as the current temperature value, particle type, viscosity? of the liquid, the current value of the viscosity? liquid, etc. In a specific embodiment, the temperature control device 600 manages the unit? temperature regulation 620, which allows the maintenance of a specific value during the analysis. For example, the temperature controller 600 can? comprise several heaters (620a and 620b) and sensors (610a and 610b), located in various positions of the fluidic device, of the system of pumping system 200, and in particular in the vicinity? of the sedimentation chamber 100.

Dal punto di vista fisico, ed al fine di massimizzare l?accuratezza del dato ottenuto, il movimento del corpuscolo pu? venire considerato al raggiungimento della sua velocit? terminale, e non durante il periodo transitorio. La velocit? relativa del corpuscolo rispetto al mezzo d'analisi v(t), pu? essere ottenuta risolvendo l'equazione dinamica nell'equazione di moto: From the physical point of view, and in order to maximize the accuracy of the data obtained, the movement of the corpuscle can? be considered when reaching its speed? terminal, and not during the transitional period. The speed? relative of the corpuscle with respect to the means of analysis v (t), pu? be obtained by solving the dynamic equation in the equation of motion:

Dove ? ? il periodo transitorio della dinamica del corpuscolo: Where is it ? ? the transitional period of the dynamics of the corpuscle:

dove mp ? la massa del corpuscolo, ?p ? la densit? di massa del corpuscolo, a ? l'accelerazione del corpuscolo,?m? ? la densit? di massa del mezzo d'analisi, Vp ? il volume del corpuscolo, vd ? la velocit? di deriva del corpuscolo, v0 ? la velocit? iniziale del corpuscolo, r ? il raggio del corpuscolo, k ? il coefficiente di attrito,? ? la viscosit? del mezzo d'analisi e g ? l'accelerazione gravitazionale. where mp? the mass of the corpuscle,? p? the density? mass of the corpuscle, at? the acceleration of the corpuscle,? m? ? the density? mass of the analytical medium, Vp? the volume of the corpuscle, see? the speed? of drift of the corpuscle, v0? the speed? initial of the corpuscle, r? the radius of the corpuscle, k? the coefficient of friction ,? ? the viscosity? of the analysis medium and g? gravitational acceleration.

Per avere una stima dell'ordine di grandezza di tale periodo transitorio, sono di seguito riportati calcoli nel caso di corpuscoli biologici di diverse dimensioni e tipologia, misurati in soluzioni acquose. Le soluzioni a base acquosa presentano una viscosit? di circa 1 mPa ? s, e la densit? di massa dei corpuscoli biologici ? mediamente 1020 fg/?m3. Nel caso di corpuscoli con diametro compreso tra 1 ed i 2.000 micrometri, l'ordine di grandezza di? varia da 60 ns (per un diametro di 1 ?m) a 250 ms (per un diametro di 2.000 ?m). In tale intervallo, i corpuscoli raggiungono la velocit? terminale in breve tempo. Poich? tale lasso temporale ? trascurabile, l'accelerazione del corpuscolo non ha alcun impatto sulla misurazione e la dinamica del corpuscolo pu? essere quindi considerata come un movimento lineare uniforme. In order to have an estimate of the order of magnitude of this transitional period, the following calculations are reported in the case of biological corpuscles of different sizes and types, measured in aqueous solutions. Do water-based solutions have a viscosity? about 1 mPa? s, and the density? mass of biological corpuscles? on average 1020 sheets /? m3. In the case of corpuscles with a diameter between 1 and 2,000 micrometers, the order of magnitude of? varies from 60 ns (for a diameter of 1? m) to 250 ms (for a diameter of 2,000? m). In this interval, the corpuscles reach the speed? terminal in a short time. Since? this time frame? negligible, the acceleration of the corpuscle has no impact on the measurement and the dynamics of the corpuscle pu? therefore be considered as a uniform linear motion.

Altre implementazioni tecniche delle forme di attuazione della presente invenzione consentono la misura di corpuscoli di maggiori dimensioni, in particolare tra i 2 ed i 5 millimetri di diametro. Per tali implementazioni il tempo transitorio deve essere considerato, in quanto pu? raggiungere 1,5 secondi nel caso di campioni di 5 millimetri di diametro. Other technical implementations of the embodiments of the present invention allow the measurement of larger corpuscles, in particular between 2 and 5 millimeters in diameter. For such implementations the transient time must be considered, as it can? reach 1.5 seconds in the case of samples of 5 millimeters in diameter.

Ad esempio, in una forma di attuazione della presente invenzione, il corpuscolo viene portato ad una distanza prestabilita al di sopra della regione di lavoro del dispositivo di rilevamento 300, al fine di escludere il periodo transitorio dalla misura. For example, in an embodiment of the present invention, the corpuscle is brought to a predetermined distance above the working region of the detection device 300, in order to exclude the transitional period from the measurement.

In un'altra implementazione della presente invenzione, la regione di lavoro del dispositivo di rilevamento 300 ? sufficientemente grande, e la camera di sedimentazione 100 ? sufficientemente lunga, da permettere la rilevazione del movimento dinamico completo del corpuscolo, includendo l'accelerazione e la velocit? terminale. I dati raccolti durante il periodo transitorio del moto corpuscolare potranno non venir considerati per il calcolo della velocit? terminale. In another implementation of the present invention, the working region of the sensing device 300? sufficiently large, and the settling chamber 100? long enough to allow the detection of the complete dynamic movement of the corpuscle, including acceleration and velocity? terminal. The data collected during the transitional period of the corpuscular motion may not be considered for the calculation of the velocity? terminal.

In una forma di attuazione della presente invenzione, la teoria usata per la misura si basa su un'elaborazione della legge di Stokes, in cui: In an embodiment of the present invention, the theory used for the measurement is based on an elaboration of Stokes' law, in which:

(eq. 1) (eq. 1)

e And

Dove Wp ? il peso del corpuscolo. Where Wp? the weight of the corpuscle.

Al fine di dimostrare l?affidabilit? di tale invenzione, un'implementazione specifica della stessa (Figura 2) ? stata utilizzata per la misura della densit? di massa e della dimensione di microsfere di polistirene comprese tra i 20 ed i 90 micrometri. In order to demonstrate the reliability? of this invention, a specific implementation of the same (Figure 2)? was used for the measurement of the density? mass and size of polystyrene microspheres between 20 and 90 micrometers.

In tale implementazione il sistema di rilevamento 300 ? composto da un sistema di microscopia ottica con ingrandimento 4X. La camera di sedimentazione 100 ? ricavata all?interno di un chip trasparente di polidimetilsilossano (PDMS) adeso covalentemente ad un vetrino. L?architettura della camera di sedimentazione 100 presenta una lunghezza di 6 cm, ed una sezione trasversale di 1 x 1 mm. Il corpuscolo viene posizionato nella parte superiore della camera di sedimentazione 100 da un sistema per la generazione di flusso 230, costituito in questa implementazione da una pompa peristaltica. Precedentemente all?arrivo nella camera di sedimentazione 100 il campione viene trasportato attraverso il sistema sistema di pompaggio 200, costituito in questo caso da tubi in politetrafluoroetilene (PTFE). il processore 500 ? composto da un computer e da un relativo software, capaci di elaborare le immagini raccolte dall'unit? di microscopia. Da queste immagini vengono estrapolate la proiezione bidimensionale della forma del corpuscolo e la sua velocit? terminale. Quest?ultima viene calcolata attraverso la regressione lineare ottenuta dalla variazione della posizione del centroide del corpuscolo in funzione del tempo (Figura 4). il processore 500 calcola successivamente la densit? di massa ed il diametro dei corpuscoli adottando il modello matematico precedentemente presentato. Questa procedura viene ripetuta pi? volte su ciascun corpuscolo per ottenere risultati statisticamente significativi. In such an implementation, the detection system 300? composed of an optical microscopy system with 4X magnification. The sedimentation chamber 100? obtained inside a transparent chip of polydimethylsiloxane (PDMS) adhered covalently to a slide. The architecture of the sedimentation chamber 100 has a length of 6 cm, and a cross section of 1 x 1 mm. The corpuscle is positioned in the upper part of the sedimentation chamber 100 by a flow generation system 230, constituted in this implementation by a peristaltic pump. Prior to its arrival in the sedimentation chamber 100, the sample is transported through the pumping system 200, made up in this case of polytetrafluoroethylene (PTFE) tubes. the processor 500? composed of a computer and relative software, capable of processing the images collected by the unit? of microscopy. From these images are extrapolated the two-dimensional projection of the shape of the corpuscle and its speed? terminal. The latter is calculated through linear regression obtained from the variation of the position of the corpuscle's centroid as a function of time (Figure 4). the processor 500 then calculates the density? mass and the diameter of the corpuscles by adopting the mathematical model previously presented. This procedure is repeated more? times on each particle to obtain statistically significant results.

Questa specifica implementazione ? stata utilizzata per misurare corpuscoli con densit? e diametri noti ai fini di validare l'invenzione. In particolare, sono stati selezionati tre lotti di microsfere di polistirene (PS) (Polybead?, Polysciences Inc. US) aventi il diametro di 20, 50 e 90 micrometri. La scheda del prodotto fornita dal venditore indica, per le sfere di PS, il valore della densit? di massa media pari a 1.050 ? 10 fg/um3. Per ogni lotto di microsfere sono state analizzate sette unit? differenti, e la misura ? stata ripetuta sette volte per ogni unit?, al fine di aumentare la significativit? statistica. La Figura 5 mostra il valore di densit? media delle sette diverse microsfere analizzate, e la rispettiva deviazione standard estrapolata dalle sette ripetizioni per ciascun lotto. In linea con le aspettative sperimentali, le deviazioni standard delle misure eseguite su tutte le microsfere risultano essere comparabili, dimostrando l'accuratezza e l'affidabilit? di questa implementazione. This specific implementation? was used to measure corpuscles with density? and known diameters for the purpose of validating the invention. In particular, three batches of polystyrene (PS) microspheres (Polybead ?, Polysciences Inc. US) having a diameter of 20, 50 and 90 micrometers were selected. The product sheet provided by the seller indicates, for the PS spheres, the value of the density? of average mass equal to 1,050? 10 sheets / um3. Seven units were analyzed for each batch of microspheres. different, and the size? was repeated seven times for each unit, in order to increase the significance? statistics. Figure 5 shows the density value? mean of the seven different microspheres analyzed, and the respective standard deviation extrapolated from the seven repeats for each lot. In line with the experimental expectations, the standard deviations of the measurements performed on all the microspheres are comparable, demonstrating the accuracy and reliability. of this implementation.

Inoltre, i valori di densit? ottenuti per le microsfere di PS, sono risultati essere notevolmente pi? accurati del valore medio dichiarato dal produttore (Figura 3a). In particolare, si pu? notare che la deviazione standard media risulta essere un ordine di grandezza inferiore al quella del valore commerciale (Figura 6a). Un'ulteriore conferma dell'accuratezza dei risultati si ottiene dal confronto tra la velocit? terminale teorica (eq.1) e quella sperimentale (Figura 6b). Furthermore, the values of density? obtained for the PS microspheres, were found to be considerably more? accurate to the average value declared by the manufacturer (Figure 3a). In particular, it can? note that the average standard deviation turns out to be an order of magnitude less than that of the commercial value (Figure 6a). A further confirmation of the accuracy of the results is obtained by comparing the speed? theoretical terminal (eq.1) and the experimental one (Figure 6b).

Nello specifico, la stessa configurazione presentata in Figura 2, utilizzata per l'analisi di validazione effettuate sulle microsfere di PS, pu? essere adottata per l?analisi di campioni biologici di grandi dimensioni, quali sferoidi o organoidi. Specifically, the same configuration presented in Figure 2, used for the validation analysis carried out on the PS microspheres, can? be adopted for the analysis of large biological samples, such as spheroids or organoids.

La rilevanza di tali applicazioni riguarda la possibilit? di utilizzare il metodo qui presentato per esempio per monitorare le fasi di crescita degli sferoidi. Si tratta infatti di un importante aspetto che permette di comprendere il momento in cui una popolazione di sferoidi raggiunge la maturit? necessaria, o desiderata dall?operatore, per continuare la sperimentazione biologica. Il processo di formazione degli sferoidi subisce infatti una compattazione nel tempo, partendo da un agglomerato di cellule disgregate, e raggiungendo uno stadio di aggregato compatto. Ci? ? particolarmente importante nei campi biomedici, in cui il materiale biologico normalmente utilizzato per le analisi non ? standardizzato, portando cos? all'ottenimento di risultati meno affidabili. La misura simultanea della densit? di massa, insieme al peso, alla forma ed alle dimensioni del campione, potrebbe consentire di comprendere le migliori condizioni per la crescita di sferoidi standard. Inoltre, gli sferoidi possono essere generati da diversi tipi di cellule o da una combinazione di esse, di conseguenza, sia il tempo necessario per raggiungere la maturazione, sia la densit? di massa caratteristica della fase matura, sono diversi per ciascun tipo di sferoide. Un importante campo applicativo per il quale ? importante determinare il valore della densit? di massa durante il processo di formazione di sferoidi, riguarda il processo industriale di screening dei farmaci. In questo ambito, pu? essere valutata l'efficacia di un trattamento farmacologico tramite lo studio dell?assorbimento del farmaco negli sferoidi stessi. ? noto infatti che la penetrazione del farmaco ? altamente correlata al livello di compattezza dell'aggregato, che a sua volta pu? essere messo in relazione con la sua densit? di massa. Pertanto, la valutazione della corretta struttura degli sferoidi, in termini di densit? di massa, pu? migliorare notevolmente la riproducibilit? dei risultati. Tale implementazione dell?invenzione mira a migliorare questo aspetto della ricerca che attualmente rappresenta uno dei limiti principali per l'applicazione di modelli biologici 3D, rivolto alla scoperta ed allo sviluppo di farmaci. The relevance of such applications concerns the possibility? to use the method presented here for example to monitor the growth phases of the spheroids. It is in fact an important aspect that allows us to understand the moment in which a population of spheroids reaches maturity? necessary, or desired by the operator, to continue the biological experimentation. The process of formation of the spheroids in fact undergoes a compaction over time, starting from an agglomeration of disintegrated cells, and reaching a compact aggregate stage. There? ? particularly important in biomedical fields, where the biological material normally used for analyzes is not? standardized, bringing cos? to obtaining less reliable results. The simultaneous measurement of density? mass, together with the weight, shape and size of the sample, could allow us to understand the best conditions for the growth of standard spheroids. Furthermore, the spheroids can be generated from different types of cells or from a combination of them, consequently both the time it takes to reach maturation and the density? of mass characteristic of the mature phase, they are different for each type of spheroid. An important application field for which? important to determine the value of the density? mass during the spheroid formation process, relates to the industrial drug screening process. In this context, can it? the efficacy of a pharmacological treatment must be assessed by studying the absorption of the drug in the spheroids themselves. ? in fact known that the penetration of the drug? highly correlated to the level of compactness of the aggregate, which in turn can? be put in relation with its density? mass. Therefore, the evaluation of the correct structure of the spheroids, in terms of density? mass, can? greatly improve the reproducibility? of the results. This implementation of the invention aims to improve this aspect of the research which currently represents one of the main limits for the application of 3D biological models, aimed at the discovery and development of drugs.

Tuttavia, gli sferoidi non sono gli unici corpuscoli utilizzati in campo biomedicale. La varia natura dei corpuscoli si rispecchia anche nella vasta gamma di dimensioni che essi ricoprono, andando dalle singole cellule agli organoidi. Noto l?interesse dei ricercatori sull?intera gamma di corpuscoli, la possibilit? di effettuare la misura simultanea della loro densit? di massa, peso, dimensioni e forma, tramite un unico strumento, sarebbe di notevole impatto per la comunit? scientifica. However, spheroids are not the only corpuscles used in the biomedical field. The various nature of the corpuscles is also reflected in the vast range of dimensions they cover, ranging from single cells to organoids. Known the interest of the researchers on the whole range of corpuscles, the possibility? to carry out the simultaneous measurement of their density? mass, weight, size and shape, through a single tool, would be of considerable impact for the community? scientific.

A tal proposito, i successivi paragrafi descrivono le implementazioni, metodologiche e/o tecnologiche, adottate per ampliare la gamma dimensionale dei corpuscoli analizzabili. In this regard, the following paragraphs describe the methodological and / or technological implementations adopted to expand the dimensional range of the corpuscles that can be analyzed.

Ad esempio, in un adattamento dell'invenzione, per l?analisi di corpuscoli micrometrici ? necessaria un'ottica ad alto ingrandimento, in grado di avere una risoluzione sufficiente per rilevarne dimensioni e forma. Un altro adattamento riguarda il fatto che, generalmente, un corpuscolo di dimensioni millimetriche tender? ad avere una velocit? di caduta pi? elevata rispetto ad un corpuscolo di dimensioni micrometriche. Di conseguenza, la camera di sedimentazione 100 deve essere abbastanza lunga da consentire la misura della sua velocit? terminale. Pertanto, la corretta selezione di uno specifico dispositivo di rilevamento 300 e della camera di sedimentazione 100 potrebbe essere rilevante per ampliare il campo operativo dell'invenzione. For example, in an adaptation of the invention, for the analysis of micrometric corpuscles? a high-magnification optic is required, capable of having a resolution sufficient to detect its size and shape. Another adaptation concerns the fact that, generally, a particle of millimeter size tender? to have a speed? of fall pi? high compared to a micrometric-sized corpuscle. Consequently, the settling chamber 100 must be long enough to allow its velocity to be measured. terminal. Therefore, the correct selection of a specific detection device 300 and of the sedimentation chamber 100 could be relevant to broaden the operative field of the invention.

In un esempio dell?implementazione precedentemente descritta, il dispositivo di rilevamento 300 ? composto da un sistema di acquisizione d?immagini, che acquisisce una serie di fotogrammi del corpuscolo 420 durante il suo movimento all'interno della camera di sedimentazione 100. Tali immagini vengono elaborate per ottenere la dimensione, la forma e la posizione del centroide del corpuscolo rispetto al tempo. La velocit? terminale viene calcolata tramite un algoritmo di regressione lineare, come mostrato in Figura 2. Questa implementazione specifica richiede che siano raccolte un numero sufficiente di immagini del corpuscolo in movimento al fine di ottenere un numero corretto di punti, che verranno poi utilizzati dall?algoritmo di regressione. Ad esempio, in condizioni di corpuscoli sferici, un numero accettabile di punti potrebbe essere 5, mentre in condizioni di corpuscoli non sferici, il numero accettabile di punti potrebbe essere pi? elevato a causa dell'incertezza aggiuntiva nel riconoscimento del centroide del corpuscolo. Nello specifico, il numero di punti che il dispositivo ? in grado di ottenere durante una misura dipende da diversi fattori sperimentali e tecnologici. Questi comprendono la velocit? terminale del corpuscolo, la lunghezza della porzione della camera di sedimentazione osservabile dal sistema di riconoscimento, la frequenza dei fotogrammi e la risoluzione ottica. Tali fattori possono essere combinati in una formula che prevede il numero di punti d'analisi rilevati nelle specifiche condizioni tecnologiche e sperimentali, qui riportati come: In an example of the previously described implementation, the sensing device 300? composed of an image acquisition system, which acquires a series of frames of the corpuscle 420 during its movement inside the sedimentation chamber 100. These images are processed to obtain the size, shape and position of the centroid of the corpuscle with respect to time. The speed? terminal is calculated using a linear regression algorithm, as shown in Figure 2. This specific implementation requires that a sufficient number of images of the moving corpuscle are collected in order to obtain a correct number of points, which will then be used by the regression. For example, in conditions of spherical corpuscles, an acceptable number of points could be 5, while in conditions of non-spherical corpuscles, the acceptable number of points could be more? high due to the additional uncertainty in recognizing the centroid of the corpuscle. Specifically, the number of points that the device? able to obtain during a measurement depends on several experimental and technological factors. These include speed terminal of the corpuscle, the length of the portion of the sedimentation chamber observable by the recognition system, the frame rate and the optical resolution. These factors can be combined in a formula that predicts the number of analysis points detected in the specific technological and experimental conditions, reported here as:

In una particolare implementazione della forma di attuazione della presente invenzione, il numero accettabile di punti d'analisi ? fissato ad un valore specifico, ad esempio 10. Diversamente, in un'altra forma di realizzazione della presente invenzione, tale numero accettabile di punti d'analisi ? variabile, ed ? regolato da un algoritmo di ottimizzazione. Ad esempio, l'algoritmo pu? regolare il numero ideale di punti d'analisi in base alla qualit? del fitting dei dati di posizione del corpuscolo, in funzione del tempo. In a particular implementation of the embodiment of the present invention, the acceptable number of analysis points? set to a specific value, for example 10. Otherwise, in another embodiment of the present invention, such an acceptable number of analysis points? variable, and? regulated by an optimization algorithm. For example, the algorithm can? adjust the ideal number of analysis points based on the quality? the fitting of the position data of the corpuscle, as a function of time.

Inoltre, al fine di migliorare l?accuratezza delle misure, il dispositivo permette di posizionare il corpuscolo al centro della camera di sedimentazione prima di effettuare l?analisi. Per esempio, in una forma di realizzazione della presente invenzione, il dispositivo utilizza un sistema di centraggio del corpuscolo tramite una variazione della geometria e/o un restringimento della camera di sedimentazione 100. Il principio di funzionamento si basa sull?utilizzo di una specifica geometria della camera di sedimentazione che permetta di ottenere al suo interno flussi laminari con componente orizzontale non nulla. In tali condizioni, tramite un opportuno controllo del sistema di pompaggio 200, il corpuscolo pu? essere trasportato nella zona del canale di sedimentazione in cui il flusso ha componente orizzontale nulla. Di seguito, e pi? in generale nell?ambito della presente invenzione, per verticale si intende la direzione parallela al vettore di forza gravitazionale, e per orizzontale si intende qualunque vettore perpendicolare alla direzione verticale. Furthermore, in order to improve the accuracy of the measurements, the device allows to position the corpuscle in the center of the sedimentation chamber before carrying out the analysis. For example, in an embodiment of the present invention, the device uses a system for centering the corpuscle by means of a variation of the geometry and / or a narrowing of the sedimentation chamber 100. The operating principle is based on the use of a specific geometry. of the sedimentation chamber which allows to obtain laminar flows inside it with a non-zero horizontal component. In such conditions, through an appropriate control of the pumping system 200, the corpuscle can? be transported to the area of the sedimentation channel where the flow has a zero horizontal component. Below, and more? in general, in the context of the present invention, vertical means the direction parallel to the gravitational force vector, and horizontal means any vector perpendicular to the vertical direction.

Per esempio, nel caso in cui la camera di sedimentazione sia disposta verticalmente, se il corpuscolo si trova in una posizione, all?interno della camera di sedimentazione, dove le linee di flusso hanno componente orizzontale non nulla, il corpuscolo risente anche di una spinta laterale dovuta alla componente orizzontale del flusso. In una particolare forma di attuazione della presente invenzione, la camera di sedimentazione 100, ? orientata verticalmente ed ? costituita da due porzioni aventi sezione orizzontale di diversa grandezza, in modo tale che il canale a sezione pi? ampia (100a) si trovi al di sotto del canale a sezione pi? stretta (100b), come mostrato in Figura 7A. Inoltre, in questo particolare esempio, le due porzioni (100a e 100b) della camera di sedimentazione (100) sono connesse in maniera coassiale da una porzione di canale a sezione inclinata (100c). Il tempo necessario per il centraggio del corpuscolo pu? variare, a seconda del valore dell?angolo di inclinazione delle pareti della porzione 100c, della percentuale di restringimento della sezione della porzione del canale di sedimentazione pi? piccolo (100b) rispetto al pi? grande (100a), o del rapporto tra le aree delle due sezioni (Figura 7A). In ogni caso, il valore specifico di questi parametri non ? essenziale per il funzionamento del sistema di centraggio. In una ulteriore forma di attuazione della presente invenzione, la porzione di canale a sezione inclinata (100c) ? sostituita da un cambio discontinuo di sezione, ovvero da pareti a 90? rispetto all?asse verticale. For example, in the case in which the sedimentation chamber is arranged vertically, if the corpuscle is in a position, inside the sedimentation chamber, where the flow lines have a non-zero horizontal component, the corpuscle is also affected by a thrust. lateral due to the horizontal component of the flow. In a particular embodiment of the present invention, the sedimentation chamber 100,? vertically oriented and? consisting of two portions having a horizontal section of different sizes, so that the section channel pi? wide (100a) is located below the channel with the pi? narrow (100b), as shown in Figure 7A. Furthermore, in this particular example, the two portions (100a and 100b) of the sedimentation chamber (100) are coaxially connected by a portion of the channel with an inclined section (100c). The time required for the centering of the corpuscle can? vary, according to the value of the angle of inclination of the walls of the portion 100c, of the percentage of narrowing of the section of the portion of the sedimentation channel pi? small (100b) compared to the pi? large (100a), or the ratio between the areas of the two sections (Figure 7A). In any case, the specific value of these parameters is not? essential for the operation of the centering system. In a further embodiment of the present invention, the inclined section channel portion (100c)? replaced by a discontinuous change of section, or by walls at 90? with respect to the vertical axis.

Un esempio specifico del sistema di centraggio ? presentato in Figura 7A al fine di descriverne il funzionamento. In questo particolare esempio la geometria della porzione pi? larga della camera di sedimentazione 100 presenta una sezione quadrata avente lato 2 mm (100a), mentre la porzione pi? stretta della camera di sedimentazione 100 presenta una sezione quadrata avente lato 1 mm (100b). Le due porzioni sono collegate tramite una porzione di restringimento (100c), in questo caso graduale, avente un angolo di 45? rispetto all?asse longitudinale della camera di sedimentazione. Le misure riguardanti la sezione quadrata della camera di sedimentazione date in questo esempio sono indicative. Il rapporto tra le sezioni delle due porzioni della camera di sedimentazione e l?inclinazione della porzione di restringimento non sono quindi limitati a quelli derivabili da tali misure. Le dimensioni date in questo esempio sono indicative e questi particolari valori sono opzionali. A specific example of the centering system? presented in Figure 7A in order to describe its operation. In this particular example, the geometry of the pi? of the sedimentation chamber 100 has a square section having a side 2 mm (100a), while the larger portion? of the sedimentation chamber 100 has a square section having a side of 1 mm (100b). The two portions are connected by a narrowing portion (100c), in this case gradual, having an angle of 45? with respect to the longitudinal axis of the sedimentation chamber. The measurements concerning the square section of the sedimentation chamber given in this example are indicative. The relationship between the sections of the two portions of the sedimentation chamber and the inclination of the narrowing portion are therefore not limited to those deriving from these measurements. The dimensions given in this example are indicative and these particular values are optional.

In una particolare metodica di utilizzo del dispositivo di centraggio, il sistema fluidico viene regolato in modo pulsato. In un esempio il corpuscolo 420 si trova nella posizione descritta in Figura 7B, al tempo t1 (420t1). Una volta attivato il sistema di pompaggio 200, il corpuscolo viene trasportato seguendo le linee di flusso imposte dalla geometria, fino a posizionarsi come mostrato in Figura 7B al tempo t2 (420t2). Il flusso viene quindi interrotto, permettendo al corpuscolo di iniziare la sua caduta sotto l?azione bilanciata della forza gravitazionale ed idrostatica. A seguito di questo, il corpuscolo si trover? in una posizione pi? centrata rispetto alla camera di sedimentazione 100, al tempo t3 (420t3). L?ulteriore attivazione del sistema di pompaggio 200 permette la ripetizione del processo fino al raggiungimento del centramento del corpuscolo 420. In a particular method of using the centering device, the fluidic system is regulated in a pulsed manner. In one example the corpuscle 420 is in the position described in Figure 7B, at time t1 (420t1). Once the pumping system 200 has been activated, the corpuscle is transported following the flow lines imposed by the geometry, until it is positioned as shown in Figure 7B at time t2 (420t2). The flow is then interrupted, allowing the corpuscle to begin its fall under the balanced action of the gravitational and hydrostatic force. Following this, the corpuscle will be found? in a position pi? centered with respect to the sedimentation chamber 100, at time t3 (420t3). The further activation of the pumping system 200 allows the repetition of the process until the centering of the corpuscle 420 is reached.

In un?ulteriore metodica di utilizzo del sistema di centraggio, il corpuscolo 420 viene mantenuto nella porzione di restringimento 100c tramite un flusso appositamente modulato all?interno della camera di sedimentazione 100 in modo da bilanciare l?azione gravitazionale, come indicato in Figura 7C. In questo modo la componente laterale dovuta alle linee di flusso generate dalla variazione di geometria del canale, agisce come spinta laterale, spostando in corpuscolo da una posizione laterale al tempo ta (420ta) a una posizione pi? centrale al tempo tb (420tb). In a further method of using the centering system, the corpuscle 420 is maintained in the narrowing portion 100c by means of a specially modulated flow inside the sedimentation chamber 100 in order to balance the gravitational action, as indicated in Figure 7C. In this way, the lateral component due to the flow lines generated by the variation in the geometry of the channel acts as a lateral thrust, moving the corpuscle from a lateral position at the time ta (420ta) to a position pi? central at time tb (420tb).

Per entrambe le soluzioni presentate il sistema di pompaggio 200 pu? essere azionato manualmente o in modo automatizzato. For both solutions presented, the pumping system 200 pu? be operated manually or automatically.

In una forma di realizzazione della presente invenzione, il dispositivo di rilevamento 300 ? costituito da un dispositivo ottico che comprende un sistema di microscopia montato su di un supporto mobile. La risoluzione del dispositivo ottico ? atta ad acquisire immagini di tutti i corpuscoli di interesse, raggiungendo un livello di dettaglio sufficiente per elaborarne le dimensioni e la forma. Il supporto mobile ? guidato dal processore 500 per seguire il movimento del corpuscolo all'interno della camera di sedimentazione 100, in modo che la lunghezza di caduta osservata possa essere sufficientemente lunga da misurare abbastanza punti per ottenere un'elaborazione affidabile della velocit? terminale del corpuscolo 420. Allo stesso modo, in un'altra forma di realizzazione, il supporto mobile ? atto a spostare la camera di sedimentazione 100, in modo che il corpuscolo 420 rimanga all'interno del campo di lavoro del dispositivo di rilevamento 300. In one embodiment of the present invention, the sensing device 300? consisting of an optical device comprising a microscopy system mounted on a mobile support. The resolution of the optical device? able to acquire images of all the corpuscles of interest, reaching a level of detail sufficient to process their size and shape. Mobile support? driven by the processor 500 to follow the movement of the corpuscle within the settling chamber 100, so that the observed drop length may be long enough to measure enough points to achieve reliable speed processing. terminal of the corpuscle 420. Likewise, in another embodiment, the movable support? adapted to move the sedimentation chamber 100, so that the corpuscle 420 remains within the working range of the detection device 300.

In un'altra forma di realizzazione, il dispositivo di rilevamento 300 comprende un sistema ottico in grado di supportare diversi ingrandimenti. Questo si ottiene ad esempio tramite un asse ottico ad azionamento meccanico. Il processore 500 seleziona l'ingrandimento corretto per il corpuscolo specifico in esame, ed inoltre ? in grado di selezionare il giusto equilibrio tra risoluzione, per la misura delle propriet? geometriche del corpuscolo, e dimensione del campo visivo. Quest?ultimo dovr? essere sufficientemente ampio da permettere l?elaborazione della velocit? terminale del corpuscolo. In another embodiment, the detection device 300 comprises an optical system capable of supporting various magnifications. This is achieved, for example, by means of a mechanically operated optical axis. The processor 500 selects the correct magnification for the specific corpuscle under examination, and what is more? able to select the right balance between resolution, for the measurement of the properties? geometry of the corpuscle, and size of the visual field. This last one will have to be large enough to allow the processing of the speed? terminal of the corpuscle.

In un'altra forma di realizzazione, ? possibile selezionare l'ingrandimento corretto per misurare un corpuscolo specifico senza l'ausilio di parti mobili. In questa forma di realizzazione, la camera di sedimentazione comprende diversi canali di flusso ed il dispositivo di rilevamento monitora i diversi canali di flusso, ciascuno con un diverso ingrandimento. Prima della misura, il dispositivo di rilevamento riconosce il corpuscolo ed il processore ne gestisce l?introduzione all?interno del canale di flusso adeguato. Inoltre, l'architettura dei canali di flusso pu? essere realizzata in differenti configurazioni, al fine di soddisfare l'esigenza della diversit? corpuscolare. Si possono infatti variare dimensioni, sezioni trasversali e geometrie, con particolare attenzione per la lunghezza del canale. In questo modo, un corpuscolo di dimensioni maggiori viene inserito in un canale pi? lungo e viene monitorato ad una risoluzione inferiore per un campo visivo pi? ampio. Diversamente, un corpuscolo pi? piccolo viene inserito in un canale pi? corto e viene monitorato ad una risoluzione pi? elevata per un campo visivo pi? piccolo. In another embodiment,? You can select the correct magnification to measure a specific particle without the aid of moving parts. In this embodiment, the settling chamber comprises several flow channels and the detection device monitors the different flow channels, each with a different magnification. Before the measurement, the detection device recognizes the corpuscle and the processor manages its introduction into the appropriate flow channel. Furthermore, the architecture of the flow channels can? be made in different configurations, in order to meet the need for diversity? corpuscular. In fact, dimensions, cross sections and geometries can be varied, with particular attention to the length of the channel. In this way, a larger corpuscle is inserted into a smaller canal. long and is monitored at a lower resolution for a longer field of view? ample. Otherwise, a corpuscle pi? small is inserted in a channel pi? short and is monitored at a resolution pi? high for a field of view more? small.

In una variante di questa particolare forma di realizzazione, il meccanismo per l'introduzione del corpuscolo nella camera di sedimentazione 100 ? un multiplexer fluidico. In un'ulteriore variante di questa forma di realizzazione (Figura 8), la camera di sedimentazione comprende diversi canali di flusso (ad esempio 110a, 110b e 110c) collegati a regolatori di flusso indipendenti (per esempio le valvole di apertura/chiusura 271a, 271b, 271c). Tutti i canali di flusso sono collegati in parallelo all'interno del dispositivo fluidico. In questo caso, il dispositivo di rilevamento 300 riconosce il corpuscolo prima che raggiunga la ramificazione, in uno specifico canale otticamente accessibile 150, e seleziona il canale di flusso in cui il corpuscolo verr? introdotto tramite il controllo sulle valvole. In un'altra variante di questa forma di realizzazione, l'operatore seleziona manualmente il canale di flusso utilizzato per la misurazione, operando su una valvola di selezione posizionata sul canale di ingresso 210. In a variant of this particular embodiment, the mechanism for introducing the corpuscle into the sedimentation chamber 100? a fluidic multiplexer. In a further variant of this embodiment (Figure 8), the sedimentation chamber comprises several flow channels (for example 110a, 110b and 110c) connected to independent flow regulators (for example the opening / closing valves 271a, 271b, 271c). All flow channels are connected in parallel within the fluidics device. In this case, the sensing device 300 recognizes the particle before it reaches the branch, in a specific optically accessible channel 150, and selects the flow channel in which the particle will come. introduced through the control on the valves. In another variant of this embodiment, the operator manually selects the flow channel used for the measurement, operating on a selection valve positioned on the inlet channel 210.

Una strategia diversa per consentire la misura del movimento di corpuscoli particolarmente grandi consiste in un diverso metodo di localizzazione degli stessi, in cui il dispositivo di rilevamento 300 ? in grado di riconoscere il passaggio del corpuscolo 420 attraverso diverse posizioni target nella camera di sedimentazione 100. La distanza tra tali posizioni target, come anche la distanza complessiva coperta da tale sistema di localizzazione, pu? essere regolata in modo da determinare precisamente la velocit? terminale del corpuscolo. La velocit? terminale del corpuscolo ? quindi determinata dividendo la distanza percorsa per il tempo trascorso. A different strategy to allow the measurement of the movement of particularly large corpuscles consists in a different method of localization of the same, in which the sensing device 300? capable of recognizing the passage of the corpuscle 420 through different target positions in the sedimentation chamber 100. The distance between these target positions, as well as the overall distance covered by this localization system, can? be adjusted in order to precisely determine the speed? terminal of the corpuscle. The speed? terminal of the corpuscle? then determined by dividing the distance traveled by the elapsed time.

In un'implementazione tecnica di questo dispositivo, e del relativo metodo, il dispositivo di rilevamento 300 comprende diversi sistemi di riconoscimento d?immagine dedicati alle posizioni target della camera di sedimentazione 100. Quest?ultimi, oltre a contribuire alla misura della velocit? terminale, raccolgono informazioni sulla forma e sulle dimensioni del corpuscolo. In un?altra implementazione tecnica, il dispositivo di rilevamento 300 comprende una serie di sensori (ad esempio 315a, 315b e 315c nella Figura 9), che si trovano nelle posizioni target (per esempio 115a, 115b e 115c) della camera di sedimentazione 100, ed un sistema di riconoscimento di immagine indipendente 320 per la raccolta delle informazioni di forma e dimensione del corpuscolo 420. In a technical implementation of this device, and its method, the detection device 300 comprises several image recognition systems dedicated to the target positions of the sedimentation chamber 100. The latter, in addition to contributing to the measurement of velocity terminal, they collect information on the shape and size of the corpuscle. In another technical implementation, the sensing device 300 comprises a series of sensors (e.g. 315a, 315b and 315c in Figure 9), which are located at the target positions (e.g. 115a, 115b and 115c) of the settling chamber 100 , and an independent image recognition system 320 for collecting the shape and size information of the corpuscle 420.

Un'ulteriore strategia per consentire la misura del movimento di corpuscoli particolarmente grandi consiste nell'agire sulla densit? di massa e sulla viscosit? del mezzo d'analisi. Ad esempio, in una forma di realizzazione della presente invenzione, il sistema ? adattato ad ospitare un mezzo d'analisi 450, con una densit? di massa specifica per il tipo di corpuscoli analizzati 420, ed in particolare corrispondente alla densit? di massa media della popolazione dei corpuscoli (ad esempio 1035 fg/um3 nel caso di sferoidi SW620). Quindi, la forza totale che agisce sul corpuscolo, ovvero la somma delle forze gravitazionali ed idrostatiche, ? diretta verso il basso o verso l'alto a seconda della densit? di massa del corpuscolo. Di conseguenza, durante la fase di misura in assenza di flusso, i corpuscoli pi? densi del mezzo d'analisi tenderanno a muoversi verso il basso, viceversa per i meno densi. A further strategy to allow the measurement of the movement of particularly large corpuscles consists in acting on the density? mass and viscosity? of the means of analysis. For example, in one embodiment of the present invention, the? adapted to host an analysis medium 450, with a density? of specific mass for the type of corpuscles analyzed 420, and in particular corresponding to the density? average mass of the corpuscle population (for example 1035 fg / um3 in the case of SW620 spheroids). So, the total force acting on the corpuscle, or the sum of the gravitational and hydrostatic forces,? directed downwards or upwards depending on the density? mass of the corpuscle. Consequently, during the measurement phase in the absence of flow, the corpuscles pi? dense of the analysis medium will tend to move downwards, vice versa for the less dense ones.

In questa forma di realizzazione specifica, il processore 500 ed il relativo algoritmo di elaborazione sono adattati per calcolare la velocit? terminale discendente o ascendente. Inoltre, il sistema per la generazione di flusso 230 ? capace di promuovere un flusso all?interno della camera di sedimentazione 100 sia a favore che contrario al vettore gravitazionale. In this specific embodiment, the processor 500 and its processing algorithm are adapted to calculate the speed. descending or ascending terminal. In addition, the system for generating flux 230? capable of promoting a flow inside the sedimentation chamber 100 both for and against the gravitational vector.

Questo permette di spostare il campione nella direzione opposta rispetto alla sua velocit? terminale, consentendo quindi la ripetizione della misura. Allo stesso modo, in un'altra forma di realizzazione della presente invenzione, il sistema ? adattato ad ospitare un mezzo d'analisi 450 con elevata viscosit?, che diminuisce la velocit? terminale del corpuscolo. This allows you to move the sample in the opposite direction to its velocity. terminal, thus allowing the measurement to be repeated. Likewise, in another embodiment of the present invention, the? adapted to house an analysis medium 450 with high viscosity, which decreases the speed? terminal of the corpuscle.

In un'altra forma di realizzazione della presente invenzione, il dispositivo ? adattato a cambiare il mezzo d'analisi 450, con uno o pi? mezzi d'analisi 450 aventi densit? di massa diverse. L'architettura del dispositivo di questa implementazione ? la stessa architettura descritta nella Figura 2, in cui il sistema di pompaggio 200 ? adattato a selezionare il nuovo mezzo d'analisi da introdurre nel sistema. In questo caso, il dispositivo di rilevamento 300 misura la velocit? terminale del corpuscolo, ed attiva il sistema di pompaggio 300 per modificare il mezzo d'analisi in modo tale che la velocit? terminale del corpuscolo diminuisca. Questo protocollo pu? essere ripetuto fino a quando la velocit? terminale del corpuscolo risulta essere sufficientemente bassa per essere facilmente rilevabile e misurabile. In another embodiment of the present invention, the device? adapted to change the analysis medium 450, with one or more? analysis means 450 having density? of different mass. The device architecture of this implementation? the same architecture described in Figure 2, in which the pumping system 200? adapted to select the new analysis medium to be introduced into the system. In this case, the sensing device 300 measures the speed? terminal of the corpuscle, and activates the pumping system 300 to modify the analysis medium in such a way that the velocity? terminal corpuscle decrease. This protocol can be repeated until the speed? terminal of the corpuscle is low enough to be easily detectable and measurable.

Nella precedente descrizione delle forme di attuazione della presente invenzione e di alcune sue implementazioni, sono stati descritti metodi e relativi strumenti per effettuare misure combinate di densit? di massa, peso, dimensioni e/o forma di un ampio insieme di corpuscoli sferici. Tuttavia, molti dei campioni biologici utilizzati nei campi biomedici, inclusi i campioni citati, possono presentare una certa deviazione dalla sfericit?. In particolare per sferoidi ed organoidi la sfericit? dipende principalmente dalla variabilit? locale della composizione, e/o dell'attivit? cellulare durante la formazione e la maturazione degli aggregati stessi. Le singole cellule possono avere lievi variazioni dalla forma sferica, dovute, ad esempio, all'architettura interna del citoscheletro, ad una pressione esterna irregolare della matrice extracellulare o alla presenza di strutture cellulari rigide. Pertanto, nei paragrafi seguenti vengono divulgate variazioni della presente innovazione che tengono conto dei casi in cui la forma tridimensionale dei corpuscoli si discosti dalla sfericit?. In the foregoing description of the embodiments of the present invention and of some of its implementations, methods and related tools for carrying out combined density measurements have been described. mass, weight, size and / or shape of a large set of spherical corpuscles. However, many of the biological samples used in biomedical fields, including the aforementioned samples, may exhibit some deviation from sphericity. In particular for spheroids and organoids, the sphericity? depends mainly on the variability? local of the composition, and / or of the activity? cellular during the formation and maturation of the aggregates themselves. Individual cells can have slight variations from the spherical shape, due, for example, to the internal architecture of the cytoskeleton, to an uneven external pressure of the extracellular matrix or to the presence of rigid cell structures. Therefore, in the following paragraphs variations of the present invention are disclosed which take into account the cases in which the three-dimensional shape of the corpuscles deviates from the sphericity.

A differenza del caso di un corpuscolo sferico, per il quale sono disponibili molti metodi ed algoritmi di rilevamento per calcolare il coefficiente di attrito in relazione al suo raggio, il caso di un corpuscolo non sferico risulta essere pi? complesso, e necessita della generalizzazione della teoria precedentemente discussa. Unlike the case of a spherical corpuscle, for which many detection methods and algorithms are available to calculate the coefficient of friction in relation to its radius, the case of a non-spherical corpuscle appears to be more? complex, and requires the generalization of the previously discussed theory.

In particolare, le equazioni 1 e 2 si generalizzano nelle seguenti: In particular, equations 1 and 2 generalize to the following:

e And

In questa forma, sia il coefficiente di attrito k che il volume Vp dipendono dalla forma e dall'orientamento del corpuscolo. Esiste una vasta letteratura su teorie che elaborano le caratteristiche geometriche di un oggetto per approssimare il coefficiente di attrito k. Tali caratteristiche geometriche possono essere l'ellitticit?, o il rapporto tra l?area superficiale di una sfera avente il medesimo volume del corpuscolo in esame e la superficie reale del corpuscolo stesso. Inoltre, il coefficiente di attrito k pu? essere teoricamente calcolato attraverso simulazioni di fluidodinamica computazionale, se la forma 3D completa del corpuscolo ? nota. In this form, both the friction coefficient k and the volume Vp depend on the shape and orientation of the corpuscle. There is a vast literature on theories that elaborate the geometric characteristics of an object to approximate the coefficient of friction k. These geometric characteristics can be ellipticity, or the ratio between the surface area of a sphere having the same volume as the corpuscle under examination and the real surface of the corpuscle itself. Furthermore, the coefficient of friction k pu? theoretically be calculated through computational fluid dynamics simulations, if the complete 3D shape of the corpuscle? Note.

Pertanto, il termine "raggio" utilizzato nel contesto delle forme di attuazione della presente invenzione, includendo i paragrafi precedenti, ? inteso come raggio geometrico nel caso di un corpuscolo sferico. Tuttavia, il termine raggio ? da intendere come ?raggio efficace?, e pu? anche essere usato per intendere una caratteristica geometrica unidimensionale che rappresenta un corpuscolo quasi sferico o non sferico. Ad esempio, il termine raggio pu? essere inteso come la distanza media dei punti di superficie dal centroide, o anche come due volte il rapporto tra l'area bidimensionale rispetto al perimetro, o ancora come il raggio di Feret (perimetro diviso due volte pi greco). Therefore, the term "spoke" used in the context of the embodiments of the present invention, including the preceding paragraphs,? intended as a geometric radius in the case of a spherical corpuscle. However, the term radius? to be understood as? effective ray ?, and can? also be used to mean a one-dimensional geometric feature representing a nearly spherical or non-spherical corpuscle. For example, the term radius pu? be understood as the average distance of the surface points from the centroid, or even as twice the ratio of the two-dimensional area to the perimeter, or as the Feret radius (perimeter divided twice as pi).

Di conseguenza, come scritto in precedenza, i termini "forma" e "dimensione" utilizzati nel contesto delle forme di attuazione della presente invenzione sono intesi come qualsiasi descrizione geometrica del corpuscolo, che pu? essere utilizzata per rappresentare o approssimare la sua geometria bidimensionale o tridimensionale. Ad esempio, pu? essere inteso come misura del raggio, nel caso di un corpuscolo sferico, o misura di altre caratteristiche geometriche nel caso di corpuscoli quasi sferici e non sferici. Consequently, as previously written, the terms "shape" and "size" used in the context of the embodiments of the present invention are intended as any geometric description of the corpuscle, which can be used to represent or approximate its two-dimensional or three-dimensional geometry. For example, it can? be understood as a measure of the radius, in the case of a spherical corpuscle, or a measure of other geometric characteristics in the case of nearly spherical and non-spherical corpuscles.

Inoltre, di conseguenza, il termine "densit? di massa" o semplicemente "densit?", usato nel contesto delle forme di attuazione della presente invenzione, ? inteso come il rapporto tra la massa ed il volume nel caso di un corpuscolo sferico. Tuttavia, questi termini possono anche essere usati per intendere la "densit? di massa efficace", la quale include, oltre la definizione di densit? precedentemente descritta, anche le variazioni dipendenti da fattori di forma, come ellitticit? e rugosit? superficiale nel caso di particelle quasi sferiche e non sferiche. Also, accordingly, the term "mass density" or simply "density", used in the context of the embodiments of the present invention, is. understood as the ratio between mass and volume in the case of a spherical corpuscle. However, these terms can also be used to mean "effective mass density", which includes beyond the definition of density. previously described, even variations dependent on form factors, such as ellipticity? and roughness? superficial in the case of nearly spherical and non-spherical particles.

Allo stesso modo, il termine "peso" utilizzato nel contesto delle forme di attuazione della presente invenzione ? inteso come massa gravitazionale nel caso di un corpuscolo sferico. ? invece inteso come "peso efficace" nel caso di corpuscoli non sferici o quasi sferici. Analogamente a quanto descritto per il termine "densit? di massa", il termine "peso efficace" comprende variazioni che dipendono da fattori di forma quali ellitticit? e rugosit? superficiale. Likewise, the term "weight" used in the context of the embodiments of the present invention? understood as gravitational mass in the case of a spherical corpuscle. ? instead intended as "effective weight" in the case of non-spherical or nearly spherical corpuscles. Similarly to what is described for the term "density of mass", the term "effective weight" includes variations that depend on form factors such as ellipticity. and roughness? superficial.

Come descritto precedentemente in diverse forme di attuazione della presente invenzione, l?esecuzione di diverse misure dello stesso corpuscolo permette di aumentare l'affidabilit? dei risultati. Nel caso di corpuscoli sferici, la distribuzione statistica ottenuta ? correlata esclusivamente all'incertezza di misura. Diversamente, per corpuscoli quasi sferici e non sferici, la distribuzione sperimentale della misurazione della velocit? terminale, pu? essere utilizzata per descrivere le dimensioni e la forma di un corpuscolo. In una variante di questa forma di realizzazione, la deviazione standard della velocit? terminale pu? essere utilizzata come parametro per determinare l'ellitticit? corpuscolare. Questa informazione ? rilevante, ad esempio, per la generazione e la selezione di sferoidi uniformi, da utilizzare come modello per lo sviluppo di farmaci. Nelle diverse varianti di questa forma di realizzazione, l'asimmetria della distribuzione dei dati ottenuti dalle misure pu? essere correlata a fattori geometrici di simmetria, l?indice di curtosi pu? essere correlato all'eterogeneit? della forma, e la multimodalit? pu? essere correlata alla distribuzione delle proiezioni bidimensionali del corpuscolo. As previously described in different embodiments of the present invention, the execution of different measurements of the same corpuscle allows to increase the reliability. of the results. In the case of spherical corpuscles, the statistical distribution obtained? correlated exclusively to the uncertainty of measurement. Differently, for quasi-spherical and non-spherical corpuscles, the experimental distribution of the measurement of velocity? terminal, can? be used to describe the size and shape of a corpuscle. In a variant of this embodiment, the standard deviation of the velocity? terminal can be used as a parameter to determine the ellipticity? corpuscular. This information ? relevant, for example, for the generation and selection of uniform spheroids, to be used as a model for drug development. In the different variants of this embodiment, the asymmetry of the distribution of the data obtained from the measurements can? be correlated to geometric factors of symmetry, the kurtosis index can? be related to heterogeneity? of the form, and the multimodality? can be related to the distribution of the two-dimensional projections of the corpuscle.

In un'ulteriore implementazione delle forme di attuazione della presente invenzione, le immagini del corpuscolo vengono elaborate per ottenerne la ricostruzione tridimensionale, ad esempio, tramite l?utilizzo di algoritmi tomografici. Tale ricostruzione pu? essere quindi elaborata da strumenti computazionali per il calcolo del coefficiente di attrito. Questo approccio migliora la misura del valore assoluto della densit? di massa per corpuscoli quasi sferici e non sferici. In a further implementation of the embodiments of the present invention, the images of the corpuscle are processed to obtain the three-dimensional reconstruction thereof, for example, through the use of tomographic algorithms. This reconstruction can? therefore be processed by computational tools for the calculation of the friction coefficient. This approach improves the measurement of the absolute value of the density? mass for nearly spherical and non-spherical corpuscles.

In particolare, possono essere adottate diverse implementazioni tecnologiche per ottenere la ricostruzione della forma 3D del corpuscolo o per migliorarne la caratterizzazione morfologica. In particular, different technological implementations can be adopted to obtain the reconstruction of the 3D shape of the corpuscle or to improve its morphological characterization.

In una specifica implementazione della forma di attuazione della presente invenzione, il dispositivo di rilevamento 300 include un sistema a doppia fotocamera (Figura 10). L?orientamento delle fotocamere, perpendicolari tra loro rispetto alla camera di sedimentazione 100, garantisce l?acquisizione delle immagini del corpuscolo da due angolazioni differenti. Tali immagini vengono quindi elaborate dal processore 500, per ottenere il modello 3D. In a specific implementation of the embodiment of the present invention, the sensing device 300 includes a dual camera system (Figure 10). The orientation of the cameras, perpendicular to each other with respect to the sedimentation chamber 100, guarantees the acquisition of the images of the corpuscle from two different angles. These images are then processed by the processor 500, to obtain the 3D model.

Diversamente, nel caso dell?utilizzo di un singolo sistema di acquisizione d?immagini, ? possibile adottare diverse strategie ottiche, fluidiche o meccaniche. Ad esempio, in un'altra implementazione delle forme di attuazione della presente invenzione, il dispositivo fluidico include al suo interno due specchi ottici 113 e 114, in prossimit? delle pareti posteriori della camera di sedimentazione 100, ed aventi un'inclinazione prestabilita rispetto al dispositivo di rilevamento 300 (Figura 11). La fotocamera frontale mantiene il piano focale tale da includere le immagini riflesse del corpuscolo 430 e 440 ottenute rispettivamente dagli specchi 113 e 114. Tramite tale implementazione, ? possibile raccogliere contestualmente immagini da diverse prospettive spaziali del corpuscolo ed utilizzarle per la ricostruzione 3D dello stesso. Otherwise, in the case of using a single image acquisition system,? It is possible to adopt different optical, fluidic or mechanical strategies. For example, in another implementation of the embodiments of the present invention, the fluidic device includes within it two optical mirrors 113 and 114, in proximity to it. of the rear walls of the sedimentation chamber 100, and having a predetermined inclination with respect to the detection device 300 (Figure 11). The front camera maintains the focal plane such as to include the reflected images of the corpuscle 430 and 440 obtained respectively by the mirrors 113 and 114. By means of this implementation,? It is possible to simultaneously collect images from different spatial perspectives of the corpuscle and use them for the 3D reconstruction of the same.

In un'altra implementazione delle forme di attuazione della presente invenzione, il dispositivo ? adattato ad acquisire stack di immagini del corpuscolo 420. In tale implementazione il dispositivo di rilevamento 300 ? composto da almeno una fotocamera, in cui il piano di fuoco viene regolato per consentire la scansione del corpuscolo tramite l'acquisizione di immagini multiple. Tali immagini raccolte possono essere elaborate dal processore 500 tramite l'applicazione di filtri di immagine come ad esempio la deconvoluzione, per effettuare la ricostruzione 3D del corpuscolo. Ulteriori forme di realizzazione della ricostruzione 3D del corpuscolo, come altre tecniche di stack di immagini, microscopia olografica o microscopia light-sheet, possono essere implementate. In another implementation of the embodiments of the present invention, the device? adapted to acquire image stacks of the corpuscle 420. In such an implementation the sensing device 300? composed of at least one camera, in which the plane of focus is adjusted to allow scanning of the corpuscle by acquiring multiple images. Such collected images can be processed by the processor 500 through the application of image filters such as deconvolution, to carry out the 3D reconstruction of the corpuscle. Further embodiments of 3D corpuscle reconstruction, such as other image stacking techniques, holographic microscopy, or light-sheet microscopy, can be implemented.

In un'ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, il dispositivo di rilevamento 300 ? composto da un sistema di acquisizione d?immagini che orbita intorno alla camera di sedimentazione 100, come rappresentato nella Figura 12. In una specifica implementazione di questa forma di realizzazione, la camera di sedimentazione 100 ? cilindrica. Ci? consente di acquisire immagini da diverse angolazioni del corpuscolo che vengono poi processate, tramite una ricostruzione tomografica, per la ricostruzione 3D della sua morfologia. In questa specifica implementazione, sono utilizzati dei segni di riferimento in prossimit? della camera di sedimentazione 100 per diminuire l?incertezza nella misura della posizione del corpuscolo 420 introdotta dalla rotazione del dispositivo di rilevamento 300. La medesima strategia pu? essere utilizzata per ridurre al minimo le incertezze introdotte in qualsiasi altra implementazione che includa parti mobili del sistema di rilevamento 300. In una variante di questa forma di realizzazione, il dispositivo di rilevamento rotante 300 ? adattata per spostarsi verticalmente e seguire il movimento del campione in correlazione con la sua velocit? terminale. Le implementazioni e i metodi qui sopra riportati adottano tecnologie note, riarrangiate per l'ottenimento della ricostruzione 3D del corpuscolo. Ci? nonostante, altre soluzioni esistenti ma non riportate in questo documento possono essere combinate con le forme di attuazione della presente invenzione. In a further embodiment of the present invention, the sensing device 300? composed of an imaging system that orbits the settling chamber 100, as shown in Figure 12. In a specific implementation of this embodiment, the settling chamber 100? cylindrical. There? it allows to acquire images from different angles of the corpuscle which are then processed, through a tomographic reconstruction, for the 3D reconstruction of its morphology. In this specific implementation, are reference marks used in proximity? of the sedimentation chamber 100 to decrease the uncertainty in the measurement of the position of the corpuscle 420 introduced by the rotation of the detection device 300. The same strategy can? be used to minimize the uncertainties introduced in any other implementation that includes moving parts of the sensing system 300. In a variant of this embodiment, the rotating sensing device 300? adapted to move vertically and follow the movement of the sample in correlation with its velocity? terminal. The above implementations and methods adopt known technologies, rearranged to obtain the 3D reconstruction of the corpuscle. There? nevertheless, other solutions existing but not reported in this document can be combined with the embodiments of the present invention.

I paragrafi precedenti hanno descritto il metodo, la tecnologia e la modalit? di utilizzo principale dell'invenzione. Tuttavia, diverse modalit? di utilizzo dell?invenzione verranno qui riportate al fine di dimostrare ulteriori vantaggi della stessa. The previous paragraphs have described the method, the technology and the modality? of main use of the invention. However, different modalities? of use of the invention will be reported herein in order to demonstrate further advantages thereof.

Per esempio, alcune alternative possono riguardare: le misure combinate di popolazioni di corpuscoli, importati per le analisi high throughput (aumento del volume di dati prodotti); la coltura e l?analisi prolungata nel tempo del corpuscolo, rilevante per applicazioni come i test farmacologici; e lo smistamento dei corpuscoli, rilevante per le applicazioni mediche o per le standardizzazioni di modelli biologici. For example, some alternatives may concern: combined measurements of corpuscle populations, imported for high throughput analyzes (increase in the volume of data produced); culturing and prolonged analysis of the corpuscle over time, relevant for applications such as drug testing; and corpuscle sorting, relevant for medical applications or for standardization of biological models.

Le analisi high throughput, ottenute da studi eseguiti su un numero elevato di corpuscoli singoli, o su popolazioni, sono estremamente importanti nei campi biologici. Ad esempio, informazioni come l'eterogeneit? della popolazione in esame, consentono di comprendere il comportamento specifico delle sottopopolazioni presenti all?interno del campione biologico. Tale comportamento infatti tende spesso ad avere una variazione notevole da quello medio dell'intera popolazione, e diventa un importante fattore d?analisi discriminatorio. Al giorno d'oggi, gli strumenti per la misura di densit? di massa, peso, dimensioni e forma di ciascun corpuscolo della popolazione non sono disponibili sul mercato. High throughput analyzes, obtained from studies performed on a large number of single corpuscles, or on populations, are extremely important in biological fields. For example, information such as heterogeneity? of the population under examination, allow to understand the specific behavior of the subpopulations present within the biological sample. In fact, this behavior often tends to have a notable variation from the average of the entire population, and becomes an important discriminatory analysis factor. Nowadays, the instruments for the measurement of density? mass, weight, size and shape of each corpuscle of the population are not available on the market.

L?invenzione propone la soluzione a questa lacuna nello stato dell?arte, permettendo inoltre l'estrapolazione dei dati necessari per l'analisi statistica della popolazione corpuscolare in generale tramite un?implementazione del dispositivo fluidico dove i dati di corpuscolo che il processore 500 riceve dal sistema di rilevamento 300 sono relativi a una moltitudine di corpuscoli, e comprendono almeno uno tra velocit?, forma, posizione, e dimensione di pi? di un corpuscolo. Una specifica forma di attuazione sfrutta il medesimo schema descritto in Figura 2, dove sistema di rilevamento 300 ? composto da un sistema di microscopia, collegato al processore 500. Questa implementazione consente la misura concomitante di densit? di massa, peso, dimensione e forma di ciascun corpuscolo della popolazione. Analogamente al modo d'uso principale precedentemente descritto, i corpuscoli 420 contenuti nel mezzo d'analisi 450, vengono raccolti dal serbatoio 400 ed introdotti attraverso il canale d?ingresso 210 del sistema di pompaggio 200. Il sistema per la generazione di flusso 230 viene attivato per guidare i corpuscoli nella camera di sedimentazione 100, il flusso viene successivamente fermato e l'analisi viene effettuata durante la caduta dei corpuscoli per gravit?. In questa specifica modalit? di utilizzo, il dispositivo di rilevamento 300 ? adattato per monitorare simultaneamente ogni corpuscolo 420 presente all?interno della camera di sedimentazione 100 durante la misura. La velocit? terminale e la dimensione di ogni singolo componente della popolazione, sono calcolate indicizzando ciascun corpuscolo 420 monitorato all'interno della camera di sedimentazione 100. In questo modo, le distribuzioni di densit? di massa, peso, dimensione e forma della popolazione vengono estrapolate dopo diverse ripetizioni della misura, mentre le informazioni su ciascun corpuscolo vengono comunque mantenute. The invention proposes the solution to this gap in the state of the art, also allowing the extrapolation of the data necessary for the statistical analysis of the corpuscular population in general through an implementation of the fluidic device where the particle data that the processor 500 receives from the detection system 300 are related to a multitude of corpuscles, and include at least one of speed, shape, position, and size of pi? of a corpuscle. A specific embodiment exploits the same scheme described in Figure 2, where detection system 300? composed of a microscopy system, connected to the processor 500. This implementation allows the concomitant measurement of density? mass, weight, size and shape of each particle of the population. Similarly to the main mode of use described above, the particles 420 contained in the analysis medium 450 are collected from the reservoir 400 and introduced through the inlet channel 210 of the pumping system 200. The flow generation system 230 is activated to guide the corpuscles into the sedimentation chamber 100, the flow is subsequently stopped and the analysis is carried out during the fall of the corpuscles by gravity. In this specific mode? of use, the sensing device 300? adapted to simultaneously monitor each particle 420 present inside the sedimentation chamber 100 during the measurement. The speed? terminal and the size of each individual component of the population, are calculated by indexing each corpuscle 420 monitored inside the sedimentation chamber 100. In this way, the distributions of density? mass, weight, size and shape of the population are extrapolated after several repetitions of the measurement, while the information on each particle is still maintained.

In un'altra implementazione, un volume maggiore di dati ? ottenuto tramite particolari geometrie della camera di sedimentazione 100. Nonostante nei dispositivi illustrati nelle figure la camera di sedimentazione 200 o i canali di flusso 110 compresi in essa siano rettilinei e non presentino curve, la camera di sedimentazione 200 pu? alternativamente avere una geometria anche curvilinea. In questa forma di realizzazione, la camera di sedimentazione pu? ad esempio comprendere un singolo canale avente un?architettura a serpentina, in modo tale che diverse sue porzioni verticali, nelle quali avviene l?analisi, possano essere monitorate dal dispositivo di rilevamento 300. L'high throughput, applicato alle forme di attuazione della presente invenzione, consente di estrapolare dati importanti come la distribuzione statistica della popolazione corpuscolare analizzata. Ad esempio, una distribuzione normale (o gaussiana), fornisce indicazioni sull'omogeneit? della popolazione. L'analisi della deviazione standard di tale distribuzione, pu? quindi essere rilevante per definire la qualit? di un campione. Questo ? importante ad esempio nel caso di banche dati cellulari, le quali possono certificare la qualit? dei campioni disponibili. Diversamente, una distribuzione bimodale o multimodale pu? identificare la presenza di diverse sottopopolazioni o categorie. Ad esempio, pu? fornire informazioni sulle varie linee cellulari presenti in una popolazione eterogenea, oppure pu? distinguere le cellule che si trovano in differenti fasi del ciclo di vita cellulare, nel caso di popolazioni omogenee. Inoltre, considerando ancora il caso di una popolazione omogenea sottoposta a trattamento farmacologico, una differenza nella distribuzione statistica da normale a bi- o multi- modale, pu? discriminare ad esempio la permeazione del farmaco e/o la sua efficacia. In another implementation, a larger volume of data? obtained through particular geometries of the sedimentation chamber 100. Although in the devices illustrated in the figures the sedimentation chamber 200 or the flow channels 110 included therein are straight and do not have curves, the sedimentation chamber 200 can? alternatively have a geometry that is also curvilinear. In this embodiment, the settling chamber can? for example comprising a single channel having a serpentine architecture, so that several of its vertical portions, in which the analysis takes place, can be monitored by the detection device 300. The high throughput, applied to the embodiments of the present invention, allows to extrapolate important data such as the statistical distribution of the corpuscular population analyzed. For example, a normal (or Gaussian) distribution provides information on homogeneity? of the population. The analysis of the standard deviation of this distribution, can? therefore be relevant to define the quality? of a sample. This ? important for example in the case of cellular databases, which can certify the quality? of available samples. Otherwise, a bimodal or multimodal distribution can? identify the presence of different subpopulations or categories. For example, it can? provide information on the various cell lines present in a heterogeneous population, or can it? distinguish the cells that are in different phases of the cellular life cycle, in the case of homogeneous populations. Furthermore, still considering the case of a homogeneous population subjected to pharmacological treatment, a difference in the statistical distribution from normal to bi- or multi-modal, can? discriminate for example the permeation of the drug and / or its effectiveness.

Un altro aspetto dell'invenzione mira ad evitare lo spreco del mezzo di analisi, tramite un dispositivo in grado di mantenere il corpuscolo sospeso all'interno della camera di sedimentazione, attraverso un sistema fluidico a circolo chiuso. Ci? ? particolarmente importante per le applicazioni che adottano costosi mezzi d?analisi, come ad esempio durante le lunghe fasi di caratterizzazione dei farmaci precedenti la commercializzazione. Another aspect of the invention aims at avoiding the waste of the analysis medium, by means of a device capable of keeping the corpuscle suspended inside the sedimentation chamber, through a closed-loop fluidic system. There? ? particularly important for applications that use expensive means of analysis, such as during the long pre-market characterization phases of drugs.

Un?ulteriore implementazione della presente innovazione ? legata alla coltura e all'analisi simultanea di singole cellule o aggregati cellulari nel tempo. Tale aspetto ? di forte interesse nell?ambito biomedico e clinico. Ad esempio, il monitoraggio delle variazioni delle propriet? fisiche dei campioni durante il trattamento con farmaci ? utile in campo farmacologico per applicazioni quali medicina personalizzata, oncologia e procreazione medicalmente assistita. A? Further implementation of this innovation? linked to the culture and simultaneous analysis of single cells or cell aggregates over time. This aspect? of strong interest in the biomedical and clinical fields. For example, tracking changes in properties? physical samples during drug treatment? useful in the pharmacological field for applications such as personalized medicine, oncology and medically assisted procreation.

Questa implementazione consiste in un dispositivo e nel rispettivo metodo per la misura di densit? di massa, peso, dimensioni e/o forma di un corpuscolo per un periodo di tempo desiderato, fino a diverse settimane. Inoltre la metodica ? non distruttiva, e il corpuscolo specifico selezionato per l'analisi pu? essere opportunamente recuperato successivamente all?analisi per ulteriori indagini. This implementation consists of a device and the respective method for measuring density? mass, weight, size and / or shape of a corpuscle for a desired period of time, up to several weeks. Also the method? non-destructive, and the specific corpuscle selected for the analysis can? be appropriately recovered after analysis for further investigation.

Nonostante nei dispositivi fluidici illustrati nelle figure 2 e 3, i sistemi di pompaggio 200 sono lineari, il sistema di pompaggio 200 pu? comprendere anche uno o pi? sistemi per il ricircolo di liquido, ed uno o pi? sistemi per la generazione di un flusso per la circolazione del liquido all?interno del sistema di pompaggio 200 e della camera di sedimentazione. In una specifica implementazione, rappresentata in Figura 13, il sistema di pompaggio 200 comprende un ulteriore canale di ricircolo 250 ed un sistema di pompaggio secondario, qui chiamato dispositivo di ricircolo 240 (Figura 13). Il protocollo di introduzione del corpuscolo nel dispositivo fluidico ? simile a quello precedentemente descritto. Un corpuscolo 420, contenuto nel mezzo d'analisi 450, viene estratto dal serbatoio 400 ed introdotto nel sistema di pompaggio 200 attraverso il canale d?ingresso 210. Il sistema per la generazione di flusso 230 viene attivato per introdurre nella camera di sedimentazione 100 il corpuscolo, che viene monitorato dal dispositivo di rilevamento 300. Il sistema di pompaggio 200 comprende inoltre un canale di ricircolo 250 collegato circolarmente con la camera di sedimentazione e un dispositivo di ricircolo 240 (Figura 13), che viene attivato dal processore 500 per mantenere il corpuscolo all'interno della camera di sedimentazione 100, attraverso la generazione di un flusso circolare controllato sulla base dei dati di corpuscolo ricavati dal sistema di rilevamento 300. Il canale di ricircolo 250 consente il riciclo del mezzo d?analisi, con il vantaggio di ridurre al minimo il dispendio dello stesso. Although in the fluidic devices illustrated in Figures 2 and 3, the pumping systems 200 are linear, the pumping system 200 can? also include one or more? systems for the recirculation of liquid, and one or more? systems for the generation of a flow for the circulation of the liquid inside the pumping system 200 and the sedimentation chamber. In a specific implementation, represented in Figure 13, the pumping system 200 comprises a further recirculation channel 250 and a secondary pumping system, here called recirculation device 240 (Figure 13). The protocol for introducing the corpuscle into the fluidics device? similar to that previously described. A particle 420, contained in the analysis medium 450, is extracted from the reservoir 400 and introduced into the pumping system 200 through the inlet channel 210. The flow generation system 230 is activated to introduce the sedimentation chamber 100 into the corpuscle, which is monitored by the sensing device 300. The pumping system 200 further comprises a recirculation channel 250 circularly connected with the sedimentation chamber and a recirculation device 240 (Figure 13), which is activated by the processor 500 to maintain the corpuscle inside the sedimentation chamber 100, through the generation of a controlled circular flow on the basis of the particle data obtained from the detection system 300. The recirculation channel 250 allows the recycling of the analysis medium, with the advantage of reducing the expenditure of the same to a minimum.

Un'implementazione delle forme di attuazione della presente invenzione consente di misurare la densit? di massa, il peso, le dimensioni e la forma del corpuscolo prima e dopo la sostituzione del mezzo d'analisi principale 450 con uno o pi? mezzi d'analisi differenti 451. In questa implementazione il sistema di pompaggio 200 comprende inoltre uno o pi? canali secondari collegati fluidicamente alla camera di sedimentazione 100 per l?introduzione o la rimozione di liquidi e/o corpuscoli da uno o pi? serbatoi aggiuntivi. I canali secondari possono essere collegati direttamente alla camera di sedimentazione 100, oppure possono essere collegati tramite un canale di ingresso o tramite un circuito fluidico secondario. Una specifica implementazione di questa forma di attuazione adotta una variazione del dispositivo fluidico descritto dalla Figura 2. Il corpuscolo 420 viene introdotto e mantenuto sospeso all'interno del primo mezzo d'analisi 450, nella camera di sedimentazione 100, attraverso il sistema di pompaggio 200. In questa implementazione, il sistema di pompaggio 200 comprende un canale secondario per cambio buffer 260 (Figura 14), collegato ad un secondo serbatoio 401 che contiene il nuovo mezzo d'analisi 451. Il sistema permette l?introduzione del nuovo mezzo d'analisi 451 all'interno della camera di sedimentazione 100 attraverso il canale secondario per cambio buffer 260. Il corpuscolo viene mantenuto all'interno della camera di sedimentazione 100 durante la sostituzione del mezzo d?analisi principale 450. Questa procedura, ripetuta alcune volte, porta allo scambio completo tra i mezzi di analisi sia nella camera di sedimentazione 100 che nel canale di ricircolo 250. In una specifica variante di questa forma di realizzazione, la giunzione tra il canale secondario per cambio buffer 260 ed il canale di ingresso 210 ? una valvola di selezione 270. In un?altra variante di questa forma di realizzazione, il sistema ? adattato per attingere da un serbatoio 401 che contiene il nuovo mezzo d'analisi 451 tramite lo stesso canale d?ingresso 210 attraverso il quale si introduce il corpuscolo, tramite sostituzione manuale o automatizzata del serbatoio 400. In una ulteriore variazione di questa implementazione, il sistema di pompaggio 200 comprende il canale secondario per cambio buffer 260 (Figura 14), il canale di ricircolo 250, ed il sistema di ricircolo 240 (Figura 13). Questa implementazione permette di effettuare misure di densit? di massa, peso, dimensione e/o forma del corpuscolo, durante periodi di tempo anche lunghi diversi giorni o settimane, durante i quali ? possibile effettuare cambi del liquido nel quale il corpuscolo viene mantenuto e analizzato. La combinazione di queste modalit? di utilizzo pu? infatti risultare vantaggiosa per diverse applicazioni. Ad esempio, il corpuscolo pu? essere trattato per un lungo periodo di tempo mentre si eseguono frequenti cambi del mezzo d'analisi. Cos? facendo, durante ogni sostituzione ? possibile introdurre un secondo liquido che possiede caratteristiche differenti dal precedente, ad esempio piccole variazioni nella concentrazione di un farmaco per l'analisi della sua tossicit?. Diversamente, il trattamento pu? essere pi? intenso, introducendo un secondo mezzo d'analisi che abbia caratteristiche significativamente diverse dal primo, e quindi monitorando la reazione del corpuscolo a tale variazione. In una forma di realizzazione della presente invenzione, uno stesso corpuscolo viene analizzato quando sottoposto ad una sequenza di mezzi d'analisi con differente forza ionica. Tramite questa forma di realizzazione, ? possibile misurare l'effetto della forza ionica sul corpuscolo 420. In alcuni modi d?uso, l'utilizzo del mezzo d'analisi corretto ? un aspetto critico per l'implementazione tecnica di questa forma di realizzazione: se il corpuscolo ha una membrana semipermeabile (ad esempio se ? una singola cellula o uno sferoide), un mezzo d'analisi isoosmotico (ad esempio PBS 0.9% p/v per cellule) consente di misurare la densit? di massa naturale del corpuscolo. In una diversa forma di realizzazione della presente invenzione, il mezzo d'analisi non ? iso-osmotico con il corpuscolo e l'influenza della forza ionica sul corpuscolo pu? essere misurata. An implementation of the embodiments of the present invention allows to measure the density? mass, weight, size and shape of the corpuscle before and after the replacement of the main analytical medium 450 with one or more? different analysis means 451. In this implementation the pumping system 200 further comprises one or more? secondary channels fluidically connected to the sedimentation chamber 100 for the introduction or removal of liquids and / or corpuscles from one or more? additional tanks. The secondary channels can be connected directly to the sedimentation chamber 100, or they can be connected through an inlet channel or through a secondary fluidic circuit. A specific implementation of this embodiment adopts a variation of the fluidic device described in Figure 2. The corpuscle 420 is introduced and kept suspended inside the first analysis medium 450, in the sedimentation chamber 100, through the pumping system 200. In this implementation, the pumping system 200 includes a secondary channel for buffer exchange 260 (Figure 14), connected to a second tank 401 which contains the new analysis medium 451. The system allows the introduction of the new analysis medium. analysis 451 inside the sedimentation chamber 100 through the secondary channel for buffer change 260. The corpuscle is kept inside the sedimentation chamber 100 during the replacement of the main analysis medium 450. This procedure, repeated a few times, leads to the complete exchange between the analysis means both in the sedimentation chamber 100 and in the recirculation channel 250. In a specific variant of this embodiment, the junction between the secondary buffer switching channel 260 and the input channel 210? a selection valve 270. In another variation of this embodiment, the system? adapted to draw from a tank 401 which contains the new analysis medium 451 through the same inlet channel 210 through which the corpuscle is introduced, by manual or automated replacement of the tank 400. In a further variation of this implementation, the pumping system 200 comprises the secondary channel for buffer exchange 260 (Figure 14), the recirculation channel 250, and the recirculation system 240 (Figure 13). This implementation allows to perform density measurements? mass, weight, size and / or shape of the corpuscle, during periods of time even several days or weeks, during which? It is possible to change the liquid in which the corpuscle is kept and analyzed. The combination of these modes? of use can? in fact, it can be advantageous for various applications. For example, the corpuscle can? be treated for a long period of time while frequent changes of the analytical medium are performed. What? doing, during each replacement? It is possible to introduce a second liquid that has characteristics different from the previous one, for example small variations in the concentration of a drug for the analysis of its toxicity. Otherwise, the treatment can? be more? intense, introducing a second means of analysis that has significantly different characteristics from the first, and then monitoring the reaction of the corpuscle to this variation. In an embodiment of the present invention, the same particle is analyzed when subjected to a sequence of analysis media with different ionic strength. Through this embodiment,? It is possible to measure the effect of the ionic strength on the corpuscle 420. In some ways of use, the use of the correct analysis medium? a critical aspect for the technical implementation of this embodiment: if the corpuscle has a semipermeable membrane (e.g. if it is a single cell or a spheroid), an isoosmotic test medium (e.g. PBS 0.9% w / v for cells) allows you to measure the density? of natural mass of the corpuscle. In a different embodiment of the present invention, the analytical medium is not? iso-osmotic with the corpuscle and the influence of the ionic strength on the corpuscle pu? be measured.

In una diversa forma di realizzazione della presente invenzione, la sequenza di mezzi d'analisi utilizzati per trattare il corpuscolo 420, pu? contenere un farmaco, o un altro composto biologicamente attivo, che pu? influenzarne la dimensione, il volume, la densit? di massa e/o il peso. In tal caso, il sistema misura l'effetto del composto sulla cellula, sullo sferoide o sull?organoide. Un potenziale risultato del monitoraggio della densit? di massa e della dimensione dei campioni vivi, ? riportato in una rappresentazione grafica mostrata nella Figura 15. Qui, il corpuscolo ? considerato avente geometria sferica, e la sua dimensione ? riportata in grafico come diametro. L'esempio presentato mira al riconoscimento dello stadio di maturazione dello sferoide, ed il tempo necessario alla sua interazione con il farmaco. In questo grafico esemplificativo, il corpuscolo cresce sia in diametro che in densit? di massa, fino al raggiungimento del tempo T1. Successivamente si osserva la stabilizzazione del diametro, malgrado la densit? continui ad aumentare. Questo indica una fase di compattazione fino al tempo T2, momento in cui anche la densit? raggiunge il plateau, in cui lo sferoide si trova in una condizione di maturit? ideale per il cambio del mezzo di analisi. Il tempo T3 rappresenta il momento relativo all?introduzione di un farmaco, e l?andamento successivo ne mostra il suo effetto. Questa procedura offre la possibilit? di osservare e confrontare la variazione di densit? e diametro nel tempo e di raccogliere dettagli preziosi sull'interazione del corpuscolo con il farmaco. In a different embodiment of the present invention, the sequence of analysis means used to process the corpuscle 420 can be found. contain a drug, or other biologically active compound, which can influence the size, volume, density? mass and / or weight. In this case, the system measures the effect of the compound on the cell, spheroid or organoid. A potential result of density monitoring? mass and size of live samples,? shown in a graphical representation shown in Figure 15. Here, the corpuscle? considered having spherical geometry, and its size? shown in the graph as diameter. The example presented aims at recognizing the maturation stage of the spheroid, and the time necessary for its interaction with the drug. In this illustrative graph, the corpuscle grows in both diameter and density. mass, until the time T1 is reached. Then we observe the stabilization of the diameter, despite the density? keep increasing. This indicates a compaction phase up to time T2, when the density? reaches the plateau, in which the spheroid is in a condition of maturity? ideal for changing the analysis medium. The time T3 represents the moment relative to the introduction of a drug, and the subsequent trend shows its effect. This procedure offers the possibility? to observe and compare the variation of density? and diameter over time and to gather valuable details on the interaction of the corpuscle with the drug.

Una variante di questa forma di realizzazione riguarda la combinazione di coltura ed analisi del corpuscolo a lungo termine, con una soluzione per il cambio del mezzo d'analisi. Infatti, un ulteriore aspetto importante della ricerca scientifica riguarda la possibilit? di monitorare un campione durante le variazioni del suo ambiente circostante, come pH, forza ionica, variazione dei fattori di crescita nel terreno di coltura, o durante trattamenti specifici con agenti farmacologici e/o chimici. A variant of this embodiment relates to the combination of culture and long-term corpuscle analysis, with a solution for changing the analysis medium. In fact, a further important aspect of scientific research concerns the possibility? to monitor a sample during changes in its surrounding environment, such as pH, ionic strength, change in growth factors in the culture medium, or during specific treatments with pharmacological and / or chemical agents.

Un'ulteriore modalit? di utilizzo della forma di attuazione della presente invenzione permette il Sorting di corpuscoli, ovvero l'organizzazione e lo smistamento di sottopopolazioni di corpuscoli. Questa operazione ? importante in campo biomedicale in quanto consente la raccolta di sottopopolazioni di corpuscoli in base a specifiche propriet? o caratteristiche geometriche. Il Sorting cellulare ? comunemente usato in medicina, in farmacologia e nella ricerca scientifica in generale. Le sue applicazioni abbracciano ad esempio i campi della medicina rigenerativa e della medicina personalizzata, come anche quelli della terapia antitumorale o della virologia. I metodi attuali per il Sorting cellulare, basano la selezione dei campioni su fattori quali la presenza di marcatori proteici, o specifiche interazioni biochimiche. Attualmente per?, non esiste una tecnologia in grado di selezionare ed ordinare un'ampia gamma di campioni in base a densit? di massa, peso, dimensione e forma. Pertanto, un'altra implementazione della presente invenzione riguarda un metodo, e relativo dispositivo, per lo smistamento selettivo dei corpuscoli in base alla misura concomitante di queste propriet?. An additional modality? of use of the embodiment of the present invention allows the Sorting of corpuscles, ie the organization and sorting of subpopulations of corpuscles. This operation ? important in the biomedical field as it allows the collection of subpopulations of corpuscles based on specific properties? or geometric characteristics. Cellular Sorting? commonly used in medicine, pharmacology and scientific research in general. Its applications include, for example, the fields of regenerative medicine and personalized medicine, as well as those of anticancer therapy or virology. Current methods for cell sorting base the selection of samples on factors such as the presence of protein markers, or specific biochemical interactions. Currently, however, there is no technology capable of selecting and sorting a wide range of samples based on density. of mass, weight, size and shape. Therefore, another implementation of the present invention relates to a method, and relative device, for the selective sorting of the corpuscles based on the concomitant measurement of these properties.

In una specifica realizzazione di tale implementazione, la camera di sedimentazione 100 include una biforcazione che la collega a un canale di recupero 120 a sua volta fluidicamente collegato ad una specifica porzione del sistema di pompaggio 200, qui chiamato canale secondario per Sorting 280 (Figura 16). Sia il canale di ingresso 210 che il canale secondario per Sorting 280 sono controllati da un regolatore di flusso, come ad esempio le valvole 270 e 290. In questa implementazione, un corpuscolo 420 viene introdotto nella camera di sedimentazione 100 attraverso il canale di ingresso 210 mentre la valvola 290 ? chiusa e la valvola 270 viene mantenuta aperta. Una volta terminata la misurazione del corpuscolo secondo quanto descritto nelle implementazioni precedenti, i risultati vengono valutati per il Sorting del campione in base ai valori di densit? di massa, peso, dimensioni e forma. Il corpuscolo selezionato viene quindi raccolto tramite l?attivazione del sistema di pompaggio 200, mentre la valvola 270 ? chiusa e la valvola 290 viene mantenuta aperta per permettere il passaggio del corpuscolo attraverso il canale di recupero 120 ed il canale secondario per Sorting 280, per raggiungere infine il serbatoio 700 (Figura 16). In a specific embodiment of this implementation, the sedimentation chamber 100 includes a bifurcation that connects it to a recovery channel 120 in turn fluidically connected to a specific portion of the pumping system 200, here called secondary channel for Sorting 280 (Figure 16 ). Both the inlet channel 210 and the secondary channel for sorting 280 are controlled by a flow regulator, such as valves 270 and 290. In this implementation, a particle 420 is introduced into the sedimentation chamber 100 through the inlet channel 210 while the valve 290? closed and valve 270 is held open. Once the measurement of the particle is finished as described in the previous implementations, the results are evaluated for the Sorting of the sample based on the density values? of mass, weight, size and shape. The selected corpuscle is then collected through the activation of the pumping system 200, while the valve 270? closed and the valve 290 is kept open to allow the passage of the corpuscle through the recovery channel 120 and the secondary channel for Sorting 280, to finally reach the tank 700 (Figure 16).

In una variante della presente realizzazione, il corpuscolo viene selezionato ed ordinato esclusivamente in base alla sua densit? di massa. Questo ? rilevante per la diminuzione della disomogeneit? di test scientifici, permettendo ad esempio la selezione e raccolta di una sottopopolazione di sferoidi aventi un simile grado di compattazione. In un'altra variante della presente forma di realizzazione, ? possibile combinare pi? parametri misurati per la selezione dei corpuscoli raccolti. Ad esempio, caratteristiche come la deviazione standard del diametro misurato e della velocit? terminale, possono essere utilizzate per ordinare corpuscoli in base al loro grado di sfericit?. Questa specifica applicazione potrebbe essere rilevante per testare la diffusione dei farmaci su diversi lotti omogenei di sferoidi, e potrebbe fornire informazioni sul tempo necessario al farmaco per raggiungere il nucleo. Questa stessa applicazione potrebbe anche fornire informazioni sul livello di concentrazione del farmaco richiesto per attraversare efficientemente un certo numero di strati cellulari, come anche per effettuare studi sulla sua tossicit?. In a variant of the present embodiment, the corpuscle is selected and ordered exclusively on the basis of its density? mass. This ? relevant for the decrease in inhomogeneity? of scientific tests, allowing for example the selection and collection of a subpopulation of spheroids having a similar degree of compaction. In another variant of the present embodiment,? possible to combine more? parameters measured for the selection of the collected corpuscles. For example, characteristics such as the standard deviation of the measured diameter and the velocity? terminal, can be used to sort corpuscles according to their degree of sphericity. This specific application could be relevant for testing the spread of drugs on different homogeneous batches of spheroids, and could provide information on the time it takes for the drug to reach the nucleus. This same application could also provide information on the concentration level of the drug required to efficiently cross a number of cell layers, as well as to carry out studies on its toxicity.

In ulteriori variazioni della presente forma di realizzazione, i parametri ed i valori limite da utilizzare per il Sorting, potrebbero ad esempio essere definiti dall'utente, o essere estratti da banche dati; o ancora potrebbero essere definiti automaticamente da un algoritmo non supervisionato che possa ordinare famiglie simili di corpuscoli all'interno di popolazioni. In further variations of the present embodiment, the parameters and limit values to be used for Sorting, could for example be defined by the user, or be extracted from databases; or they could be automatically defined by an unsupervised algorithm that can sort similar families of corpuscles within populations.

Un ulteriore aspetto dell?innovazione riguarda l?importanza della traslazione dal processo di utilizzo manuale verso quello automatizzato, in particolare quando si passa dall'uso da laboratorio ad applicazioni mediche ed industriali su larga scala. L?invenzione presentata ? concepita in modo tale da essere facilmente automatizzata tramite l?utilizzo di dispositivi esistenti, grazie al basso numero di componenti hardware. Tali componenti possono inoltre essere facilmente miniaturizzati con tecnologie esistenti. A further aspect of the innovation concerns the importance of translation from the manual to the automated process, particularly when moving from laboratory use to large-scale medical and industrial applications. The invention presented? conceived in such a way as to be easily automated through the use of existing devices, thanks to the low number of hardware components. These components can also be easily miniaturized with existing technologies.

Claims (13)

DISPOSITIVO FLUIDICO PER ANALISI DI CORPUSCOLI E RELATIVO METODO RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo fluidico per la misura di almeno uno tra densit? di massa e peso di un corpuscolo, dove detto dispositivo fluidico comprende: una camera di sedimentazione fluidicamente collegata a un canale d?ingresso, dove detto canale d?ingresso ? configurato per essere immerso in un liquido; un sistema di pompaggio collegato alla camera di sedimentazione, dove detto sistema di pompaggio ? adatto a controllare il flusso del liquido nella camera di sedimentazione; un processore configurato per: ottenere dati di corpuscolo relativi a un corpuscolo in almeno una regione della camera di sedimentazione, e calcolare almeno una tra densit? di massa e peso del corpuscolo sulla base dei dati ricevuti. FLUID DEVICE FOR ANALYSIS OF BODIES AND RELATIVE METHOD CLAIMS 1. Fluidic device for the measurement of at least one of the densities? of mass and weight of a corpuscle, where said fluidic device includes: a sedimentation chamber fluidically connected to an inlet channel, where said inlet channel? configured to be immersed in a liquid; a pumping system connected to the sedimentation chamber, where said pumping system? suitable for controlling the flow of liquid in the sedimentation chamber; a processor configured to: obtaining particle data relating to a particle in at least one region of the settling chamber, e calculate at least one between density? mass and weight of the corpuscle based on the data received. 2. Il dispositivo fluidico secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre almeno un dispositivo di rilevamento configurato per acquisire i dati di corpuscolo e per fornire al processore i dati di corpuscolo. The fluidics device according to claim 1, further comprising at least one sensing device configured to acquire the particle data and to provide the particle data to the processor. 3. Il dispositivo fluidico secondo la rivendicazione 1 o 2, dove il processore ? configurato per controllare il sistema di pompaggio sulla base di almeno una parte dei dati di corpuscolo ricevuti. 3. The fluidics device according to claim 1 or 2, where the processor? configured to control the pumping system based on at least a portion of the received particle data. 4. Il dispositivo fluidico secondo almeno una delle rivendicazioni dalla 1 alla 3, dove i dati di corpuscolo comprendono almeno uno tra velocit?, forma, posizione, dimensione del corpuscolo. The fluidic device according to at least one of claims 1 to 3, where the particle data includes at least one of the velocity, shape, position, size of the corpuscle. 5. Il dispositivo fluidico secondo almeno una delle rivendicazioni dalla 1 alla 4, comprendente inoltre un dispositivo di controllo di temperatura, configurato per fornire al processore una misura di temperatura di un liquido nella camera di sedimentazione; dove il processore ? configurato per calcolare almeno una tra la densit? di massa e il peso del corpuscolo anche sulla base di detta misura di temperatura. The fluidic device according to at least one of claims 1 to 4, further comprising a temperature control device, configured to provide the processor with a temperature measurement of a liquid in the settling chamber; where the processor? configured to calculate at least one of the density? mass and the weight of the corpuscle also on the basis of said temperature measurement. 6. Il dispositivo fluidico secondo la rivendicazione 5, dove il dispositivo di controllo temperatura ? inoltre configurato per regolare la temperatura del liquido nella camera di sedimentazione sulla base di almeno una tra informazioni fornite dal processore e un valore predefinito di temperatura. 6. The fluidics device according to claim 5, where the temperature control device? also configured to regulate the temperature of the liquid in the sedimentation chamber based on at least one of the information provided by the processor and a predefined temperature value. 7. Il dispositivo fluidico secondo almeno una delle rivendicazioni dalla 1 alla 6, comprendente inoltre un supporto mobile adatto ad alloggiare almeno una parte dell?almeno un dispositivo di rilevamento, dove il processore ? inoltre configurato per guidare il supporto mobile sulla base di almeno una parte dei dati di corpuscolo ricevuti. 7. The fluidic device according to at least one of claims 1 to 6, further comprising a movable support suitable for housing at least a part of the at least one detection device, where the processor? further configured to guide the mobile support based on at least a part of the received particle data. 8. Il dispositivo fluidico secondo almeno una delle rivendicazioni dalla 1 alla 7, dove la camera di sedimentazione comprende un canale di flusso avente una sezione trasversale interna variabile, tale da permettere al sistema di pompaggio di indurre flussi nella camera di sedimentazione aventi componente orizzontale non nulla. The fluidic device according to at least one of claims 1 to 7, where the sedimentation chamber comprises a flow channel having a variable internal cross section, such as to allow the pumping system to induce flows in the sedimentation chamber having a non-zero horizontal component. 9. Il dispositivo fluidico secondo almeno una delle rivendicazioni dalla 1 alla 8, dove la camera di sedimentazione comprende canali di flusso collegati in parallelo tra loro e al canale di ingresso, dove ogni canale di flusso ? inoltre collegato a un regolatore di flusso, dove il processore ? configurato per ricevere dati di ingresso relativi a un corpuscolo nel canale d?ingresso, e controllare i regolatori di flusso sulla base di detti dati di ingresso. The fluidic device according to at least one of claims 1 to 8, where the settling chamber comprises flow channels connected in parallel to each other and to the input channel, where each flow channel? also connected to a flow regulator, where the processor? configured for receiving input data relating to a particle in the input channel, and controlling the flow regulators on the basis of said input data. 10. Il dispositivo fluidico secondo almeno una delle rivendicazioni dalla 1 alla 9, dove il sistema di pompaggio comprende un canale di ricircolo collegato in parallelo alla camera di sedimentazione, dove detto canale di ricircolo comprende un dispositivo di ricircolo, e dove il processore ? configurato per controllare detto dispositivo di ricircolo per il ricircolo del liquido nella camera di sedimentazione. The fluidic device according to at least one of claims 1 to 9, where the pumping system comprises a recirculation channel connected in parallel to the sedimentation chamber, wherein said recirculation channel comprises a recirculation device, e where the processor? configured to control said recirculation device for the recirculation of the liquid in the sedimentation chamber. 11. Il dispositivo fluidico secondo almeno una delle rivendicazioni dalla 1 alla 10, dove il sistema di pompaggio comprende inoltre un canale secondario collegato fluidicamente alla camera di sedimentazione, dove il processore ? configurato per controllare selettivamente il flusso nel canale secondario per immettere liquido nella camera di sedimentazione e/o per espellere liquido dalla camera di sedimentazione attraverso il canale secondario. The fluidic device according to at least one of claims 1 to 10, where the pumping system further comprises a secondary channel fluidically connected to the sedimentation chamber, where the processor? configured to selectively control the flow in the secondary channel to inject liquid into the sedimentation chamber and / or to expel liquid from the sedimentation chamber through the secondary channel. 12. Metodo per la misura di almeno uno tra densit? di massa e peso di un corpuscolo, detto metodo comprendente: immettere un corpuscolo da analizzare in un una camera di sedimentazione di un dispositivo fluidico attraverso un canale d?ingresso immerso in un liquido; ottenere dati di corpuscolo, dove detti dati di corpuscolo sono relativi a un corpuscolo in almeno una regione della camera di sedimentazione, dove detto corpuscolo ? in movimento in un liquido a riposo nella camera di sedimentazione, e calcolare almeno una tra densit? di massa e peso del corpuscolo sulla base dei dati ricevuti. 12. Method for the measurement of at least one of the densities? mass and weight of a particle, said method comprising: introducing a particle to be analyzed into a sedimentation chamber of a fluidic device through an inlet channel immersed in a liquid; obtaining particle data, where said particle data are relative to a particle in at least one region of the settling chamber, where said particle? moving in a liquid at rest in the settling chamber, e calculate at least one between density? mass and weight of the corpuscle based on the data received. 13. Il metodo secondo la rivendicazione 12, comprendente inoltre: selezionare un corpuscolo sulla base di uno tra densit? di massa, peso, dimensione e forma; e raccogliere il corpuscolo selezionato in un contenitore predefinito sulla base di almeno uno tra densit? di massa, peso, dimensione e forma del corpuscolo. The method according to claim 12, further comprising: select a corpuscle on the basis of one of the densities? of mass, weight, size and shape; And collect the selected corpuscle in a predefined container based on at least one of the densities mass, weight, size and shape of the corpuscle.
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